局部光照模型

2017-05-03 | 阅读：次

局部光照模型

常见的光照模型一般包括四个部分ambient, diffuse, specular, 和emitted light.

即： vertex color = ambient + diffuse + specular + emitted light

Ambient light：环境光，通常定义在光源的中，注意每个光源的衰减量。

Diffuse：漫反射部分，光照找到物体的表面，由于物体的表面凹凸不平而反射到各个方向的光。

Specular ：相比于漫反射，一道入射光通过镜面反射只产生一个方向的Specular，遵循反射法则，即入射角和出射角相同。Diffuse和Specular的区别可以参考下面的图。

Emittion：物体的自发光。

根据以上四种光对每个点的光照强度（即）颜色的影响，我们就可以算出每一个点的像素值。

其实我们环境中的物体不是发光的，所以计算时候，只需要计算三部分，环境光，漫反射，镜面反射

小写为下标

环境光 Ia=Ii*Ka

漫反射 Id=Ii* Kd∗(L*N)

镜面反射 Is=Ii* Ks∗(R*V）^n

最后的光照强度就是以上三种之和。

实验要求

实验要求我们利用多种不同的shading 模型，来对一个环境进行渲染处理，了解不同shading模型的原理，以及产生不同效果的原因。

实验准备

在这个实验中我们使用了两个渲染库，freeglut库以及glew库。开发环境为 opengl +vs

实验内容与步骤

Gouraud Shading

Gouraud 的原理

Gouraud明暗处理只在多边形顶点处采用Phong局部反射模型计算光强，而在多边形内的其他点采用双向线性插值，这样做的优点是高效，但是无法很好的处理镜面高光问题，依赖于其所在多面形的相对位置

实现过程

Gouraud之所以高效的原因就是，其只有在顶点处使用PHONG光照模型，而在平面内部，使用光照插值的方法。

varying vec3 N;
varying vec3 v;

void main(void)
{

   v = vec3(gl_ModelViewMatrix * gl_Vertex);       
   N = normalize(gl_NormalMatrix * gl_Normal);

   gl_Position = gl_ModelViewProjectionMatrix * gl_Vertex;


}

实现结果

Phong Shading

*Phong 的原理

Phong明暗处理，通过差值计算每个顶点的法向量（3次差值，在x，y，z三个方向分别进行差值计算），然后计算每个点上的光强值，这样效果好，但计算复杂，需要付出比Gouraud 4-5 倍的时间。通常，在一个比较复杂的场景中，当物体镜面发射很微弱时，我们对其采用Gouraud明暗处理，而对于一些镜面高光的物体，采用Phong明暗处理，这样既保证质量，又保证速度。

实现过程将法向量插值，然后每一个法向量计算光照强度

varying vec3 N;
varying vec3 v;    

void main (void)  
{  
   vec3 L = normalize(gl_LightSource[0].position.xyz - v);   
   vec3 E = normalize(-v);       // we are in Eye Coordinates, so EyePos is (0,0,0)  
   vec3 R = normalize(-reflect(L,N));  
 
   //calculate Ambient Term:  
   vec4 Iamb = gl_FrontLightProduct[0].ambient;    

   //calculate Diffuse Term:  
   vec4 Idiff = gl_FrontLightProduct[0].diffuse * max(dot(N,L), 0.0);    
   
   // calculate Specular Term:
   vec4 Ispec = gl_FrontLightProduct[0].specular 
                * pow(max(dot(R,E),0.0),0.3*gl_FrontMaterial.shininess);

   // write Total Color:  
   gl_FragColor = gl_FrontLightModelProduct.sceneColor + Iamb + Idiff + Ispec;   
}