CG之基本光照模型計算公式

在一個基本模型裏，一個物體表面的顏色是由放射(emissive)、環境反射(ambient)、漫反射(diffuse)和鏡面反射(specular)等光照做用的總和。每種光照做用取決於表面材質的性質（如亮度和材質顏色）和光源的性質（如光的顏色和位置）的共同做用。

從數學上描述基本模型的高級公式以下所示：

surfaceColor = emissive +ambient + diffuse + specular

 

1、放射項

emissive = Ke

其中：

Ke表明材質的放射光顏色。

 

2、環境反射項

ambient = Ka * globalAmbient

其中：

Ka是材質的環境反射係數。

globalAmbient是入射環境光的顏色。

 

3、漫反射項

diffuse = Kd * lightColor * max(dot(N, L), 0)

其中：

Kd是材質的漫反射顏色。

lightColor是入射漫反射光的顏色。

N是規範化的表面法向量。

L是規範化的從頂點到光源的向量。

 

4、鏡面反射項

specular = Ks * lightColor * facing * pow(max(dot(N, H), 0), shininess)

其中：

Ks 是材質的鏡面反射顏色。

lightColor是入射鏡面反射光的顏色。

N是規範化的表面法向量。

H是規範化的，頂點到光源的向量與頂點到眼睛的向量的中間向量。

facing是，若是dot(N,L)大於0則爲1，不然爲0。其中L是頂點到光源位置的向量。

shinniess是表面光澤度。

 

例如，在unity3d shaderLab，在頂點shader中計算光照的代碼以下：

 1 Shader "Custom/Test"
 2 {
 3     Properties
 4     {
 5         _Ke("Ke", Color) = (1,1,1,1)
 6         _Ka("Ka", Color) = (1,1,1,1)
 7         _GlobalAmbient("Global ambient", Color) = (1,1,1,1)
 8         _Kd("Kd", Color) = (1,1,1,1)
 9         _Ks("Ks", Color) = (1,1,1,1)
10         _Shininess("", float) = 1
11     }
12 
13     SubShader
14     {
15         Pass
16         {
17             Tags
18             {
19                 "RenderType" = "Opaque"
20             }
21 
22             CGPROGRAM
23             #pragma vertex Vert
24             #pragma fragment Frag
25 
26             #include "UnityCG.cginc"
27             #include "Lighting.cginc"
28 
29             uniform float4 _Ke;
30             uniform float4 _Ka;
31             uniform float4 _GlobalAmbient;
32             uniform float4 _Kd;
33             uniform float4 _Ks;
34             uniform float _Shininess;
35             
36             struct VertexInput
37             {
38                 float4 pos : POSITION;
39                 float2 uv : TEXCOORD0;
40                 float3 nor : NORMAL;
41                 float4 col : COLOR;
42             };
43 
44             struct FragmentInput
45             {
46                 float4 pos : SV_POSITION;
47                 float2 uv : TEXCOORD0;
48                 float4 col : COLOR;
49             };
50 
51             FragmentInput Vert(VertexInput vi)
52             {
53                 FragmentInput fi;
54                 fi.pos = mul(UNITY_MATRIX_MVP, vi.pos);
55                 fi.uv = vi.uv;
56 
57                 // compute emissive
58                 float3 emissiveC = _Ke.rgb;
59 
60                 // compute ambient
61                 float3 ambientC = _Ka.rgb * _GlobalAmbient.rgb;
62 
63                 // compute diffuse
64                 float3 nor = mul(vi.nor, (float3x3)_World2Object);
65                 float3 dir2Light = normalize(WorldSpaceLightDir(vi.pos));
66                 float nl = max(0, dot(nor, dir2Light));
67                 float3 diffuseC = _Kd.rgb * _LightColor0.rgb * nl;
68 
69                 // compute specular
70                 float3 dir2Cam = normalize(WorldSpaceViewDir(vi.pos));
71                 float nh = max(0, dot(nor, dir2Cam + dir2Light));
72                 float specLight = nl > 0 ? pow(nh, _Shininess) : 0;
73                 float3 specC = _Ks * _LightColor0.rgb * specLight;
74 
75                 fi.col.rgb = emissiveC + ambientC + diffuseC + specC;
76                 fi.col.a = 1;
77 
78                 return fi;
79             }
80 
81             float4 Frag(FragmentInput fi) : Color
82             {
83                 return fi.col;
84             }
85 
86             ENDCG
87         }
88     }
89 }

shader

 

效果圖以下：

 

 轉載請註明出處： http://www.cnblogs.com/jietian331/p/5549889.html