(转)基本光照模型公式

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光照模型

3D渲染中， 物体表面的光照计算公式为：

I = 环境光(I_ambient) + 漫反射光(I_diffuse) + 镜面高光(I_specular);

 

其中，环境光(ambient)计算公式为：

I_ambient = A_intensity * A_color ;             (A_intensity表示环境光强度，A_color表示环境光颜色)

 

漫反射光(diffuse)计算公式为：

I_diffuse = D_intensity*D_color*N.L ;                   (D_intensity表示漫反射强度，D_color表示漫反射光颜色，N为该点的法向量，L为光源向量)

 

镜面光照(specular)计算公式为：

I_specular = S_intensity*S_color*(R.V)ⁿ ;         (S_intensity表示镜面光照强度，S_color表示镜面光颜色，R为光的反射向量，V为观察者向量)

 

综上所得：整个光照公式为：

I = A_intensity * A_color + D_intensity*D_color*N.L + S_intensity*S_color*(R.V)ⁿ ;

将一些值合并，并使用白色作为光照颜色，则上述公式可简化为：

I = A + D*N.L + (R.V)ⁿ

 

 

环境光照：

1.      打开RenderMonkey, 右击WorkSpace的Effect WorkSpace结点，选择Add Default Effect->DirectX->DirectX;

2.      这样建立的效果就是一个环境光照效果，可以双击pixel shader, 修改自己喜欢的颜色作为环境光

 

效果如下图：

 

 

 

 

 

漫反射光照：

1.      打开RenderMonkey, 右击WorkSpace的Effect WorkSpace结点，选择Add Default Effect->DirectX->DirectX;

2.      添加物体位置矩阵：右击Effect节点 选择 Add Variable->Matrix->PreDefined->matWorld

 

3.      添加光源向量: 右击Effect节点 选择Add Variable->float->float4;  修改名称为vecLightDir, 双击设置其值

 

4.      修改stream Mapping; 添加一个法向量形式

 

5.       编写Vertex Shader:

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1. float4x4 matViewProjection;  
2.   
3. float4x4 matWorld;  
4.   
5. float4   vecLightDir;  
6.   
7.    
8.   
9. struct VS_INPUT   
10.   
11. {  
12.   
13.    float4 Position : POSITION0;  
14.   
15.    float3 Norm     : NORMAL0;  
16.   
17. };  
18.   
19.    
20.   
21. struct VS_OUTPUT   
22.   
23. {  
24.   
25.    float4 Position : POSITION0;  
26.   
27.    float3 Light    : TEXCOORD0;  
28.   
29.    float3 Norm     : TEXCOORD1;  
30.   
31. };  
32.   
33.    
34.   
35. VS_OUTPUT vs_main( VS_INPUT Input )  
36.   
37. {  
38.   
39.    VS_OUTPUT Output;  
40.   
41.    
42.   
43.    Output.Position = mul( Input.Position, matViewProjection );  
44.   
45.    Output.Light    = normalize(vecLightDir);  
46.   
47.    Output.Norm     = normalize(mul(Input.Norm, matWorld));  
48.   
49.      
50.   
51.    return( Output );  
52.   
53.      
54.   
55. }  

  

 

6.       编写Pixel Shader:

 

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1. float4 ps_main( float3 Light:TEXCOORD0, float3 Norm:TEXCOORD1) : COLOR0  
2. {     
3.     float4 diffuse = { 1.0f, 1.0f, 1.0f, 1.0f};  
4.     float4 ambient = { 0.3, 0.2, 0.1, 1.0};  
5.       
6.     return ambient + diffuse * saturate(dot(Light, Norm));  
7. }  

 

7.       编译预览效果：

 

镜面反射光照：

镜面光照在漫反射基础上，还需要添加一个视口位置；

1.      打开RenderMonkey, 添加一个渲染节点；Add Default Effect->DirectX->DirectX；

2.      添加摄像机矩阵，Add Variable->Matrix->Predefined->matView;

3.      添加光源方向 Add Variable->float->float4; 改名为vecLightDir，并设值

 

4.      添加视点位置 Add Variable->float->float4; 改名为vecEye; 并设值（0，0，-10，1）；

5.      添加纹理 Add Texture->Add 2D Texture->2D Texture; 随便选择一张纹理；

6.      右键pass0,添加一个纹理对象； Add Texture Object->my2DTexture;  并改名为baseMap;

7.      修改steam mapping 如下

 

8.       编写vertex shader;

 

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1. float4x4 matViewProjection;  
2. float4x4 matView;  
3. float4   vecLightDir;  
4. float4   vecEye;  
5.   
6. struct VS_INPUT   
7. {  
8.    float4 Position : POSITION0;  
9.    float3 Normal   : NORMAL0;  
10.    float2 Texcoord : TEXCOORD0;  
11. };  
12.   
13. struct VS_OUTPUT   
14. {  
15.    float4 Position : POSITION0;  
16.    float2 Texc     : TEXCOORD0;  
17.    float3 Light    : TEXCOORD1;  
18.    float3 Norm     : TEXCOORD2;  
19.    float3 View     : TEXCOORD3;  
20.     
21. };  
22.   
23. VS_OUTPUT vs_main( VS_INPUT Input )  
24. {  
25.    VS_OUTPUT Output;  
26.   
27.    Output.Position = mul( Input.Position, matViewProjection );  
28.    Output.Light      = vecLightDir;  
29.      
30.    float3 posWorld = normalize(mul(Input.Position, matView));  
31.    Output.View = vecEye - posWorld;  
32.    Output.Norm = mul(Input.Normal, matView);  
33.    Output.Texc = Input.Texcoord;  
34.    return( Output );  
35.      
36. }  

 

 

9.       编写 pixel shader;

 

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1. sampler2D baseMap;  
2. float4 ps_main( float2 Texc:TEXCOORD0, float3 Light:TEXCOORD1,  
3.           float3 Norm:TEXCOORD2, float3 View:TEXCOORD3) : COLOR0  
4. {     
5.    float4 ambient = { 0.3686f, 0.3686f, 0.3686f, 1.0f};  
6.    float4 diffuse = { 0.88f, 0.88f, 0.88f, 1.0f};  
7.      
8.    float3 Normal = normalize( Norm);  
9.    float3 LightDir = normalize( Light);  
10.    float3 ViewDir = normalize( View);  
11.    float4 diff = saturate( dot( Normal, LightDir));  
12.      
13.    float3 Reflect = normalize( 2 * diff * Normal - LightDir);  
14.    float4 specular = pow(saturate(dot(Reflect, ViewDir)), 8);  
15.      
16.    float4 fvBaseColor      = tex2D( baseMap, Texc );  
17.    float4 fvTotalAmbient   = ambient * fvBaseColor;   
18.    float4 fvTotalDiffuse   = diffuse * diff * fvBaseColor;   
19.   
20.         
21.    return fvTotalAmbient + fvTotalDiffuse + specular;  
22.      
23. }  

 

 

10.   运行结果：

 

 

 

该实例可通过Add Default Effect->DirectX->TexturedPhong 自动生成;