簡述
本文記錄我記錄我學習 座標體系和矩陣轉換的過程,加深學習便於後續查詢,可能有些描述不夠準確,或者內容不夠充實,還請多多指正,共同學習.
光源分類
在基礎光照時,學習了光照對物體的作用,也就相當於物體的材質,這次主要說 現實生活中的光源
平行光
當光源無限遠時,從其發射過來的的光可以近似的看做平行光(例如太陽);這時 光線的方向都是一致的.
float ambientStrength = 0.3; //環境因子
float specularStrength = 2.0;
float reflectance = 256.0;
//平行光方向
vec3 paraLightDir = normalize(vec3(-0.2,-1.0,-0.3));
//環境光
vec3 ambient = ambientStrength * texture(Texture,outTexCoord).rgb;
//漫反射
vec3 norm = normalize(outNormal);
vec3 lightDir = normalize(lightPo - FragPo); //當前頂點 至 光源的的單位向量
float diff = max(dot(norm,paraLightDir),0.0);
vec3 diffuse = diff * lightColor*texture(Texture,outTexCoord).rgb;
//鏡面反射
vec3 viewDir = normalize(viewPo - FragPo);
vec3 reflectDir = reflect(-paraLightDir,outNormal);
float spec = pow(max(dot(viewDir, reflectDir),0.0),reflectance);
vec3 specular = specularStrength * spec * texture(specularTexture,outTexCoord).rgb;
//光線衰弱
float constantPara = 1.0f;
float linearPara = 0.09f;
float quadraticPara = 0.032f;
float LFDistance = length(lightPo - FragPo);
float lightWeakPara = 1.0/(constantPara + linearPara * LFDistance + quadraticPara * (LFDistance*LFDistance));
vec3 res = ambient + diffuse + specular;
FragColor = vec4(res,1.0);
複製程式碼點光源
點光源就是比較正常的光源,光從光源四散發出,光線的向量就等於光源到物體的向量.
float ambientStrength = 0.3; //環境因子
float specularStrength = 2.0;
float reflectance = 256.0;
float constantPara = 1.0f; //常亮
float linearPara = 0.09f; //線性部分因數
float quadraticPara = 0.032f; //二次項部分因數
//環境光
vec3 ambient = ambientStrength * texture(Texture,outTexCoord).rgb;
//漫反射
vec3 norm = normalize(outNormal);
vec3 lightDir = normalize(lightPo - FragPo); //當前頂點 至 光源的的單位向量
//點光源
float diff = max(dot(norm,lightDir),0.0); //光源與法線夾角
vec3 diffuse = diff * lightColor*texture(Texture,outTexCoord).rgb;
//鏡面反射
vec3 viewDir = normalize(viewPo - FragPo);
vec3 reflectDir = reflect(-lightDir,outNormal);
float spec = pow(max(dot(viewDir, reflectDir),0.0),reflectance);
vec3 specular = specularStrength * spec * texture(specularTexture,outTexCoord).rgb;
float LFDistance = length(lightPo - FragPo);
float lightWeakPara = 1.0/(constantPara + linearPara * LFDistance + quadraticPara * (LFDistance*LFDistance));
vec3 res = (ambient + diffuse + specular)*lightWeakPara;
FragColor = vec4(res,1.0);
複製程式碼聚光源
聚光源的效果就相當於 手電筒,好比朝向指定範圍的點光源~
在使用聚光源時,就需要指定 聚光朝向SpotDir,和切光角ϕ. 當光源指向點的向量和SpotDir的夾角大於ϕ時,則無法被光源照射到.
但是這樣的明暗邊界十分明顯,效果不夠真實
這時,我們就需要將過渡邊緣平滑,這時 我們就需要引入兩個引數, 內錐角和外錐角. 外錐角就是切光角,而內錐角以內不需要平滑效果, 內錐角和外錐角之間需要平滑過度. 程式碼如下
/(一些複雜的計算操作 應該讓CPU做,提高效率,不變的量也建議外部傳輸,避免重複計算)
float inCutOff = cos(radians(10.0f)); //內錐角cos值
float outCutOff = cos(radians(15.0f)); //外錐角cos值
vec3 spotDir = vec3(-1.2f,-1.0f,-2.0f); //聚光朝向
float theta = dot(lightDir,normalize(-spotDir)); //光源指向物體的向量 和 聚光朝向的 cos值
float epsilon = inCutOff - outCutOff; //內外錐角cos差值
//clamp(a,b,c);若b<a<c 則函式返回值為a 若不是,則返回值最小為b 最大為c
// (theta - outCutOff)/epsilon 若theta的角度小於內錐角 則其值>=1 若theta的角度大於外錐角 則其值<=0 這樣光線就在內外錐角之間平滑變化.
float intensity = clamp((theta - outCutOff)/epsilon,0.0,1.0);
複製程式碼
光線衰弱
在現實情況中,光源發出的光線是會隨著距離的增長而衰減的, 而且也不是線性衰減的,表現為在距離光源近的這段距離衰減的較快, 在距離光源較遠的情況下衰減較慢. 通常使用這個公式來模擬光線衰減.
常數項通常保持為1.0，它的主要作用是保證分母永遠不會比1小，否則的話在某些距離上它反而會增加強度，這肯定不是我們想要的效果 一次項會與距離值相乘，以線性的方式減少強度 二次項會與距離的平方相乘，讓光源以二次遞減的方式減少強度。二次項在距離比較小的時候影響會比一次項小很多，但當距離值比較大的時候它就會比一次項更大了
float LFDistance = length(lightPo - FragPo);
float lightWeakPara = 1.0/(constantPara + linearPara * LFDistance + quadraticPara * (LFDistance*LFDistance));
vec3 res = (ambient + diffuse + specular)*lightWeakPara;
複製程式碼光照貼圖
在一張紋理圖中,由於材質不同,所呈現的效果也會有所不同,如同下面這個箱子,金屬邊框和木頭在相同光源下所呈現的1效果肯定有所不同.
這時為了在顯示光照效果時將其區分開來,則需要引入光照貼圖的概念~ 如下圖
在該貼圖中,對應木頭部分為黑色vec3(0.0); 而在金屬邊框部分 則對應的為灰色, 這樣在計算 漫反射或者鏡面時,將其作為參考系數,則可以讓其呈現不同的效果.
vec3 spe = texture(specularTexture,outTexCoord).rgb; //獲取鏡面光照貼圖
vec3 viewDir = normalize(viewPo - FragPo);
vec3 reflectDir = reflect(-lightDir,outNormal);
float spec = pow(max(dot(viewDir, reflectDir),0.0),spL.reflectance);
vec3 specular = point_specularStrength * spec * spe; //使用光照貼圖紋理
複製程式碼