台州建设局招标投标网站,西安做网站那家好,火车头 wordpress4.8,网站 体系计算机图形学 | 实验八#xff1a;Phong模型 计算机图形学 | 实验八#xff1a;Phong模型Phong模型光源设置 光照计算定向光点光源聚光 华中科技大学《计算机图形学》课程
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计算机图形学 | 实验八Phong模型
Phong模型
接下来我们来介绍一下Phong模型。
绘制效果如下我们可以看到中间的立方体是被照射的对象有一个定向光源六个点光源和一个聚光的光源。 我们的程序流程主体还是跟前面的课程相同。因此我们这节的重点部分就是主要在这两个方面一个是光源的设置一个是光照计算。
光源设置
首先是光源的设置我们这里的光源种类主要有三种定向光点光源和聚光三种光源的效果叠加形成了我们刚才看到的效果。
那么我们在代码中是如何实现的呢首先我们来看定向光定向光就是类似太阳这种它的属性包括定向光的方向以及环境光漫反射光镜面反射光的强度参数。由于定向光是光源处于无限远处的平行光因此我们无需指定出定向光光源具体的位置只需指定其指向的方向即可。
接下来是点光源我们定义了六个点光源点光源就是类似灯泡这种每一个点光源的属性都包括点光源的位置环境光漫反射光和镜面反射光的强度参数这里每一个分量都要乘一个点光源的颜色。那么除此之外点光源与定向光有哪些不同呢它与定向光不同的是它多了三个属性参数这三个参数是用来计算衰减公式的三个系数分别是constant常数项linear一次项和quadratic二次项它会使得光线强度随距离的增加不断减小并且衰减的幅度也逐渐减小这样更接近现实生活中点光源的效果。
我们的第三种光源是聚光聚光就是类似手电筒的这种效果聚光的属性也包括聚光光源的位置方向这里我们是用摄像机的位置和朝向来指定的还有环境光漫反射光和镜面反射光的强度参数以及三个衰减系数那么除此之外聚光光源与点光源又有哪些不同呢这里我们又多了两个参数分别表示我们聚光内外圆锥的内外切光角。聚光的效果就相当于是一个圆锥的光效我们这里通过使用两个圆锥来使我们的聚光效果看起来更加平滑。
当我们已经知道了我们是如何设置光源的并且已经了解了三种光源的属性时接下来我们要做的就是计算光源的光照这里我们使用的是Phong模型来计算光照。
光照计算
具体计算光照的过程我们是在立方体的片段着色器中进行的。由于我们在考虑物体颜色时才会考虑光照到物体产生的颜色影响因此我们在立方体的片段着色器中计算光照。
定向光
接下来就是具体的计算过程首先是计算定向光源根据之前Phong模型的公式我们分别计算环境光、漫反射光和镜面光。
我们在计算环境光的时候用的是漫反射光下的物体颜色而非环境光下的是因为通常情况下漫反射光和环境光下的物体效果几近相同因此我们无需存取两遍。
计算漫反射时我们对法向量和光线方向向量进行点乘计算光源对当前片段实际的漫发射影响即L·N结果值再乘以物体的材质颜色Kd和漫反射光因子Ip。
// 漫反射
vec3 lightDir normalize(-light.direction);
float diff max(dot(normal, lightDir), 0.0);计算镜面反射时我们对视线方向与反射方向的点乘R·V并确保它不是负值然后取它的n次幂。这个n是高光的反光度(Shininess) 结果值再乘以物体的材质颜色Ks和镜面光因子Ip。
// 镜面反射
vec3 reflectDir reflect(-lightDir, normal);
float spec pow(max(dot(viewDir, reflectDir), 0.0), material.shininess);这里的高光的反光度n(shininess)我们程序中取值为32那么为什么我们取32而不取其他的值呢之所以选取这个值是因为我们不希望镜面光过于显眼我们可以看到图中n取值不同时我们得出的光源效果也可以自己尝试一下。
点光源
第二种光源效果是点光源这里我们对于点光源的环境光、漫反射光和镜面光的计算同定向光相同依然是根据Phong模型来计算只不过我们引入了衰减这一属性。衰减与光源和物体的距离有关它会使得光线强度随距离的增加不断减小并且衰减的幅度也逐渐减小。这里我们保留环境光只考虑漫反射光和镜面光受到衰减的影响。
// 距离和衰减
float d length(light.position - fragPos);
float attenuation 1.0 / (light.c light.l * d light.q * d * d);聚光
第三种光源效果是聚光光源这里对于环境光、漫反射光和镜面光以及衰减的计算同点光源相同不同点在于这里增加了聚光强度这一属性。
theta就是光线方向同光源方向的夹角。
Epsilon是内外圆锥之间的余弦差值这里我们给出两个切光角分别形成内外圆锥。
Intensity则是我们最终得到的聚光强度它通过clamp()函数将theta值做了限制在内圆锥内强度大于1.0在内外圆锥之间强度在0.0-1.0之间在外圆锥外强度为负值。
// 聚光强度
float theta dot(lightDir, normalize(-light.direction));
float epsilon light.cutOff - light.outerCutOff;
float intensity clamp((theta - light.outerCutOff) / epsilon, 0.0, 1.0);我们同样保留环境光对漫反射光和镜面反射增加聚光强度就可以得到平滑的聚光效果。
最后我们对程序进行一个演示我们这里设置了键盘响应事件按1开启定向光2~7开启点光源8开启聚光效果。
