CG之基本光照模型计算公式
在一个基本模型里,一个物体表面的颜色是由放射(emissive)、环境反射(ambient)、漫反射(diffuse)和镜面反射(specular)等光照作用的总和。每种光照作用取决于表面材质的性质(如亮度和材质颜色)和光源的性质(如光的颜色和位置)的共同作用。
从数学上描述基本模型的高级公式如下所示:
surfaceColor = emissive +ambient + diffuse + specular
一、放射项
emissive = Ke
其中:
Ke代表材质的放射光颜色。
二、环境反射项
ambient = Ka * globalAmbient
其中:
Ka是材质的环境反射系数。
globalAmbient是入射环境光的颜色。
三、漫反射项
diffuse = Kd * lightColor * max(dot(N, L), 0)
其中:
Kd是材质的漫反射颜色。
lightColor是入射漫反射光的颜色。
N是规范化的表面法向量。
L是规范化的从顶点到光源的向量。
四、镜面反射项
specular = Ks * lightColor * facing * pow(max(dot(N, H), 0), shininess)
其中:
Ks 是材质的镜面反射颜色。
lightColor是入射镜面反射光的颜色。
N是规范化的表面法向量。
H是规范化的,顶点到光源的向量与顶点到眼睛的向量的中间向量。
facing是,如果dot(N,L)大于0则为1,否则为0。其中L是顶点到光源位置的向量。
shinniess是表面光泽度。
例如,在unity3d shaderLab,在顶点shader中计算光照的代码如下:
Shader "Custom/Test"
{
Properties
{
_Ke("Ke", Color) = (,,,)
_Ka("Ka", Color) = (,,,)
_GlobalAmbient("Global ambient", Color) = (,,,)
_Kd("Kd", Color) = (,,,)
_Ks("Ks", Color) = (,,,)
_Shininess("", float) =
} SubShader
{
Pass
{
Tags
{
"RenderType" = "Opaque"
} CGPROGRAM
#pragma vertex Vert
#pragma fragment Frag #include "UnityCG.cginc"
#include "Lighting.cginc" uniform float4 _Ke;
uniform float4 _Ka;
uniform float4 _GlobalAmbient;
uniform float4 _Kd;
uniform float4 _Ks;
uniform float _Shininess; struct VertexInput
{
float4 pos : POSITION;
float2 uv : TEXCOORD0;
float3 nor : NORMAL;
float4 col : COLOR;
}; struct FragmentInput
{
float4 pos : SV_POSITION;
float2 uv : TEXCOORD0;
float4 col : COLOR;
}; FragmentInput Vert(VertexInput vi)
{
FragmentInput fi;
fi.pos = mul(UNITY_MATRIX_MVP, vi.pos);
fi.uv = vi.uv; // compute emissive
float3 emissiveC = _Ke.rgb; // compute ambient
float3 ambientC = _Ka.rgb * _GlobalAmbient.rgb; // compute diffuse
float3 nor = mul(vi.nor, (float3x3)_World2Object);
float3 dir2Light = normalize(WorldSpaceLightDir(vi.pos));
float nl = max(, dot(nor, dir2Light));
float3 diffuseC = _Kd.rgb * _LightColor0.rgb * nl; // compute specular
float3 dir2Cam = normalize(WorldSpaceViewDir(vi.pos));
float nh = max(, dot(nor, dir2Cam + dir2Light));
float specLight = nl > ? pow(nh, _Shininess) : ;
float3 specC = _Ks * _LightColor0.rgb * specLight; fi.col.rgb = emissiveC + ambientC + diffuseC + specC;
fi.col.a = ; return fi;
} float4 Frag(FragmentInput fi) : Color
{
return fi.col;
} ENDCG
}
}
}
shader
效果图如下:
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