Android OpenGL ES 系列教程：(09) 光照基础

2023-10-16 12:12:08

光照基础：利用 OpenGL ES 提升 3D 场景真实感

在 Android 开发领域，OpenGL ES 因其强大的图形处理能力而广受推崇。为了创建逼真且引人入胜的 3D 场景，光照是一个至关重要的元素。本文将深入探讨光照基础，指导您利用 OpenGL ES 充分利用光照效果，提升您的 3D 场景体验。

光照模型

在 OpenGL ES 中，我们无法完全模拟现实世界中复杂的光照现象。因此，我们采用了简化模型，例如冯氏光照模型 。该模型将光分解为三种基本成分：环境光、漫反射光和镜面光反射。

环境光： 一种恒定的光源，不受表面法线的影响。

漫反射光： 模拟来自不同方向的漫射光，与表面法线成正比。

镜面光反射： 模拟来自特定光源的镜面反射，遵循镜面反射定律。

光源

OpenGL ES 提供了多种类型的光源，每种类型都有其独特的特性：

点光源： 从单点发出的光源。

聚光灯： 从圆锥体区域发出的光源，具有方向性。

平行光： 模拟来自无限远的光源，没有方向性。

着色器

要应用光照效果，我们需要利用着色器程序 。着色器程序包括顶点着色器和片段着色器：

顶点着色器： 处理每个顶点的属性，例如位置、法线和纹理坐标。

片段着色器： 根据光照模型、光源和表面材质，计算每个片段的最终颜色。

示例片段着色器

以下示例片段着色器展示了如何使用冯氏光照模型：

uniform vec3 ambientLight; // 环境光颜色
uniform vec3 diffuseLight; // 漫反射光颜色
uniform vec3 specularLight; // 镜面光反射颜色
uniform vec3 lightPosition; // 光源位置
uniform vec3 normal; // 法线向量

void main() {
  // 计算环境光
  vec3 ambient = ambientLight * surfaceColor;

  // 计算漫反射光
  vec3 diffuse = diffuseLight * surfaceColor * max(dot(normal, lightPosition), 0.0);

  // 计算镜面光反射
  vec3 viewPosition = normalize(vec3(0.0, 0.0, 1.0));
  vec3 halfVector = normalize(lightPosition + viewPosition);
  vec3 specular = specularLight * surfaceColor * pow(max(dot(normal, halfVector), 0.0), 16.0);

  // 计算最终颜色
  gl_FragColor = ambient + diffuse + specular;
}