文章目錄

• Phong演算法中影響光照的三個因素
• 環境光（Ambient）對光線的影響
• 漫反射（Diffuse）對光的影響
• 鏡面反射（Specular）對光的影響
• 衰減（Attenuation）

Phong著色演算法將模擬光對模型中每個頂點的影響。所以這個演算法沒法考慮陰影，它只會計算應用於每個頂點的光線，而不考慮頂點是否位於阻擋光線的物體後面。但是，正因為如此，這是一種非常簡單快速的演算法，可以提供非常好的效果。

關於光的種類可以參考這篇文章

OpenGL的環境光、點光源、聚光燈、方向光、材質的定義，本文主要介紹點光源、聚光燈、方向光在Phong演算法下物體的效果。

Phong演算法中影響光照的三個因素

• 環境光（Ambient）：可以理解為現實中的白天的室內，白天在室內我們能看的見物體，但是並沒有感知光線的方向，其實是因為太陽離我們太遠了，導致我們周圍的光線強度都是一樣的。
• 漫反射（Diffuse）：面向光源的表面更亮。
• 鏡面反射（Specular）：模擬光在拋光或金屬表面的反射

其實最終我們就是要計算出一個影響顏色的因子，在執行片段著色器程式時用這個變數fragColor去乘以該因子，進而根據接收的光線將顏色設定得更亮或更暗。將場景中對其他光的影響因素環境光、漫反射、鏡面反射分別叫做A、D、S，則計算那個影響顏色的因子可以用下面公式來表示。

• 如果模型沒有紋理，將按照下面這個公式去算：
  
• 有紋理，將按照下面這個公式去算：
  

環境光（Ambient）對光線的影響

它只是一個常數因素，可以使我們所有的物體更亮或更暗。環境光是最容易計算一種影響因素。我們只需要傳遞一種顏色，用它乘以模型的基色，它只是調製基色。所以我們只需要一個向量來調製環境光強度和顏色。

漫反射（Diffuse）對光的影響

以點光源為例：假設有一個光源照在一個物體上，面向光源的一面整體會比背向光源的一面更亮。

對於漫反射的計算，首先在上圖中的物體上取幾個頂點位置P1、P2、P3，相應的頂點法向量為N1、N2、N3。頂點法向量是垂直於每個點的切平面的向量。如下：

在上圖中可以很明顯的看出來，P1位置一定比P2更亮，P3基本不會受到該光源的影響。而P1位置比P2更亮是因為，P1受到的光照是從該頂點的正上方照射過來的，而P2受到的光線是比正上方稍微偏了一些。所以我們在計算每個頂點的漫反射影響因子時，頂點的法向量與該點受到光線的夾角是影響明暗的一個因素。

現在我們列出計算漫反射的已知引數：

• vPos: 頂點座標
• lPos:燈的座標
• intensity:光線的強度 (範圍是 0 to 1).
• lColour:光的顏色
• normal:頂點法向量

1、每個頂點受到的光照方向

2、每個頂點受到的光線強度：這裡用頂點的法向量點乘光的方向，作為光線強度的影響因子，在兩個向量夾角在0-90度之間時，夾角越大，點乘值越大。

3、每個頂點的顏色如下：diffuseColour指的是，如果沒有紋理，該物體在漫反射下的顏色，可以理解為定義的物體的顏色。

如果是放方向光（DirectionalLight），那麼直略過第一步的計算燈光方向，其餘過程都是一致的。

鏡面反射（Specular）對光的影響

當光線照射到表面時，它的某些部分被吸收而另一部分被反射，反射就是光線從物體上反射回來。鏡面反射如下：

將空間中的觀察點，比作相機（Camera）對於鏡面反射，最重要的是要注意，只有當相機處於適當的位置時，反射光才會可見。例如，如果相機位於反射光發射的區域，光線才會可見。是否可見如下：

計算鏡面反射光的流程：

1、首先求與入射光方向相反的向量

2、利用著色器的內建函式來計算反射光向量，reflect(x,y)函式的是求x向量關於y向量的對稱向量。

3、計算鏡面反射光的強度，cameraDirection是相機的方向向量。

4、當反射光直面相機的方向時，需要將反射光的強度加強。

5、最終的鏡面反射光如下：specularColour指的是，如果沒有紋理，該物體在鏡面反射下的顏色，可以理解為定義的物體的顏色。

衰減（Attenuation）

上面已經模擬了在環境光下，漫反射和鏡面反射對點光源的影響。但是到此位置光模型仍然不完整，物體反射的光與光的距離是有關的，我們需要模擬光的衰減。

上面公式中dist表示光源到頂點的距離，atConstant、atLinear、atExponent表示三個調整引數，其實就將我們可以調整的引數範圍變得更大更詳細了。

注意：只有點光源、聚光燈才需要考慮衰減。方向光是不用考慮衰減的。