OpenGL ES中Blinn改进的冯氏光照模型

2023-09-21 06:17:56

前言

光照是计算机图形学中一个非常重要的概念，它决定了物体在场景中的外观。光照模型是用于模拟光照效果的数学模型，在计算机图形学中有很多不同的光照模型，其中冯氏光照模型和Blinn改进的冯氏光照模型是最常用的两种光照模型。

冯氏光照模型和Blinn改进的冯氏光照模型都是基于Phong光照模型。Phong光照模型认为，光照由环境光、漫反射光和镜面反射光三个部分组成。环境光模拟了场景中均匀的光照，漫反射光模拟了物体表面对光线的漫反射，镜面反射光模拟了物体表面对光线的镜面反射。

冯氏光照模型

冯氏光照模型的镜面反射光计算公式为：

L_s = k_s * I_s * max(0, N * V) ^ n

其中：

L_s是镜面反射光强度
k_s是镜面反射系数
I_s是光源强度
N是物体表面的法向量
V是观察方向
n是镜面反射指数

Blinn改进的冯氏光照模型

Blinn改进的冯氏光照模型对冯氏光照模型的镜面反射光计算公式进行了改进，使得镜面反射光更真实。Blinn改进的冯氏光照模型的镜面反射光计算公式为：

L_s = k_s * I_s * max(0, N * H) ^ n

其中：

L_s是镜面反射光强度
k_s是镜面反射系数
I_s是光源强度
N是物体表面的法向量
H是光源方向和观察方向的半向量
n是镜面反射指数

Blinn改进的冯氏光照模型在OpenGL ES中的实现

在OpenGL ES中，可以使用顶点着色器和片段着色器来实现Blinn改进的冯氏光照模型。顶点着色器负责计算顶点的位置和法向量，片段着色器负责计算每个片段的最终颜色。

顶点着色器的代码如下：

attribute vec3 a_Position;
attribute vec3 a_Normal;

uniform mat4 u_ModelViewMatrix;
uniform mat4 u_ProjectionMatrix;

void main() {
  gl_Position = u_ProjectionMatrix * u_ModelViewMatrix * vec4(a_Position, 1.0);

  vec3 normal = normalize(a_Normal);
  gl_Normal = normal;
}

片段着色器的代码如下：

precision mediump float;

uniform vec3 u_LightPosition;
uniform vec3 u_LightColor;

uniform vec3 u_Ka;
uniform vec3 u_Kd;
uniform vec3 u_Ks;
uniform float u_Shininess;

varying vec3 v_Normal;

void main() {
  vec3 lightDirection = normalize(u_LightPosition - gl_FragCoord.xyz);
  vec3 viewDirection = normalize(-gl_FragCoord.xyz);

  vec3 halfVector = normalize(lightDirection + viewDirection);

  float diffuse = max(0.0, dot(v_Normal, lightDirection));
  float specular = pow(max(0.0, dot(v_Normal, halfVector)), u_Shininess);

  vec3 ambient = u_Ka * u_LightColor;
  vec3 diffuseLight = u_Kd * diffuse * u_LightColor;
  vec3 specularLight = u_Ks * specular * u_LightColor;

  vec3 finalColor = ambient + diffuseLight + specularLight;

  gl_FragColor = vec4(finalColor, 1.0);
}