简述

本文记录我记录我学习 坐标体系和矩阵转换的过程,加深学习便于后续查询,可能有些描述不够准确,或者内容不够充实,还请多多指正,共同学习.

颜色

一个没有Alpha通道的颜色可以用一个3维向量来表示 例如 glm::vec3(1.0,1.0,1.0); 表示白色.

在现实世界中,一个物体的颜色是它反射的颜色导致的, 例如我们将纯红光 照射在纯绿物体上, 因为红光都被吸收,所以显示为黑色.

将吸收反射的过程用向量表示出来

glm::vec3 lightColor(0.0f, 1.0f, 0.0f); //绿色光源向量
glm::vec3 objColor(1.0f, 0.5f, 0.31f);  //物体色
glm::vec3 result = lightColor * objColor; // 光源下颜色(0.0f, 0.5f, 0.0f);

冯氏光照模型

冯氏光照模型的主要结构由3个分量组成 环境(Ambient) 漫反射(Diffuse) 镜面(Specular)

冯氏光照模型

环境光照

在现实环境下 即使在黑暗的情况下,世界上通常也会有一些光亮(如 月光), 而且即使物体不朝光源的,也会因为 其他物体的反射,使阴面有光,这种情况下 就要使用 全局照明算法 这种算法开销大而且复杂,以后在研究 先实现简单的 环境光照

所以给物体一个环境光照量,让物体始终有一点颜色. 在着色器中表现如下

void main()
{
    float ambientStrength = 0.1;        //至少有%10的光找到物体所有面
    vec3 ambient = ambientStrength * lightColor;

    vec3 result = ambient * objectColor;
    FragColor = vec4(result, 1.0);
}

漫反射光照

模拟光源对物体的方向性影响(Directional Impact)。它是冯氏光照模型中视觉上最显著的分量。物体的某一部分越是正对着光源，它就会越亮. 也就是光线和物体表面法线的夹角越小,光线对物体的影响就越大.

漫反射效果

这样就可以利用夹角的cos值作为参考,来修改光线对物体的影响.

片段着色器重相关实现

uniform vec3 lightColor;        //光源色
uniform vec3 lightPo;           //光源位置
uniform vec3 objectColor;       //物体色
uniform vec3 viewPo;            //物体位置

in vec3 outNormal;              //传入当前顶点平面的法向量

vec3 norm = normalize(outNormal);   //确保法线为单位向量
vec3 lightDir = normalize(lightPo - FragPo);  //顶点指向光源 单位向量  

float diff = max(dot(norm,lightDir),0.0);   //得到两向量的cos值 小于0则则为0
vec3 diffuse = diff * lightColor;           //得到漫反射收的光源向量

法向量变换

对于法向量,它是一个方向向量,不会因为物体的移动而发生变化,所以在对法向量 进行矩阵处理时,要消除矩阵中位移部分对其造成的影响. 因此位移使用3x3矩阵 或者 将 法向量的w分量设置为0.0;

另外,若矩阵对物体进行里不等比缩放时候,会导致法向量不在垂直于物体表面.

不等比缩放对法向量的影响

这种情况 则需要使用法线矩阵 来移除对法向量错误缩放的影响. 法线矩阵由逆矩阵和转置矩阵 组成.

    glm::transpose(glm::inverse(model));    //法线矩阵的计算
    
    mat3(transpose(inverse(model))) * aNormal;  //着色器语言的使用 使用3x3矩阵 能够与 vec3法向量计算

镜面光照

模拟有光泽物体上面出现的亮点。镜面光照的颜色相比于物体的颜色会更倾向于光的颜色。镜面光照的计算依赖于 观察的视角, 若视线与光源在物体的反射线的夹角越小 则镜面光照效果越好.

计算他 我们需要 观察者位置.镜面强度(镜面效果强弱)

float specularStrength = 0.5;   //镜面强度
vec3 viewDir = normalize(viewPo - FragPo);  //顶点指向观察点的单位向量
vec3 reflectDir = reflect(-lightDir,outNormal); //求得光线 在 顶点的反射线(传入光源指向顶点的向量)

float spec = pow(max(dot(viewDir, reflectDir),0.0),256.0);
// 求得夹角cos值 取256次幂 注意 pow(float,float)函数参数类型

vec3 specular = specularStrength * spec * lightColor;

256 表示高光的反光度, 反光度越高,发射光的能力越强,散射越少 高光点越小

反光度影响

最后综合

 vec3 res =(ambientStrength + diffuse + specular) * objectColor;

效果图: 白色方块为白色光源

效果图.gif