OpenGL ES-光照计算(公式)

环境光的计算

环境光 = 光源的环境光颜色 * 物体的材质颜⾊

//环境光 = 环境因子 * 物体的材质颜色
vec3 ambient = ambientStrength * texture(Texture,outTexCoord).rgb;

发射光的计算

发射颜色 = 物体的反射材质颜⾊

漫反射光照计算

漫反射颜⾊ = 光源的漫反射颜色 * 物体的漫反射材质颜色 * DiffuseFactor
DiffuseFactor = max(0,dot(N,L))

• 光线照射到物体表面,决定物体表面光照的强度
• 光照强度是光本身强度和光线与物体表面法线夹角cos的乘积

//漫反射
vec3 norm = normalize(outNormal);
//当前顶点 至 光源的的单位向量
vec3 lightDir = normalize(lightPo - FragPo);
//DiffuseFactor=光源与法线夹角 max(0,dot(N,L))
float diff = max(dot(norm,lightDir),0.0);
//漫反射光颜色计算 = 光源的漫反射颜色 * 物体的漫发射材质颜色 * DiffuseFactor
vec3 diffuse = diff * lightColor*texture(Texture,outTexCoord).rgb;

镜面光计算

镜⾯反射颜色 = 光源的镜⾯光的颜色 * 物体的镜⾯材质颜⾊ * SpecularFactor
SpecularFactor = power(max(0,dot(N,H)),shininess)

H：视线向量E与光线向量L的半向量
dot(N,H)：H,N的点积⼏何意义,平方线与法线夹角的cos值
shiniess：高光的反光度

//镜面反射
vec3 viewDir = normalize(viewPo - FragPo);
// reflect (genType I, genType N),返回反射向量
vec3 reflectDir = reflect(-lightDir,outNormal);
//SpecularFactor = power(max(0,dot(N,H)),shininess)
float spec = pow(max(dot(viewDir, reflectDir),0.0),reflectance);
//镜面反射颜色 = 光源的镜面光的颜色 * 物体的镜面材质颜色 * SpecularFactor
vec3 specular = specularStrength * spec * texture(specularTexture,outTexCoord).rgb;

光照颜色计算

光照颜⾊ = (环境颜色 + 漫反射颜色 + 镜⾯反射颜色) * 衰减因子

//光照颜色 =(环境颜色 + 漫反射颜色 + 镜面反射颜色)* 衰减因子
vec3 res = (ambient + diffuse + specular)*lightWeakPara;

衰减因子

衰减因子 = 1.0/(距离衰减常量 + 线性衰减常量 * 距离 + 二次衰减常量 * 距离的平⽅)

//衰减因子计算
float LFDistance = length(lightPo - FragPo);
//衰减因子 =  1.0/(距离衰减常量 + 线性衰减常量 * 距离 + 二次衰减常量 * 距离的平方)
float lightWeakPara = 1.0/(constantPara + linearPara * LFDistance + quadraticPara * (LFDistance*LFDistance));

注：环境光，漫反射光和镜面光的强度都会受距离的增大⽽衰减，只有发射光和全局环境光的强度不会受影响

聚光灯因子以及过渡计算

聚光灯夹角cos值 = power(max(0,dot(单位光源位置，单位光线向量)),聚光灯指数);

聚光灯因子 = clamp((外环的聚光灯⻆度cos值 - 当前顶点的聚光灯角度cos值)/ (外环的聚光灯⻆度cos值- 内环聚光灯的⻆度的cos值),0,1);

//聚光灯切角 (一些复杂的计算操作 应该让CPU做,提高效率,不变的量也建议外部传输,避免重复计算)
float inCutOff = cos(radians(10.0f));
float outCutOff = cos(radians(15.0f));
vec3 spotDir = vec3(-1.2f,-1.0f,-2.0f);
    
//聚光灯因子 = clamp((外环的聚光灯角度cos值 - 当前顶点的聚光灯角度cos值)/(外环的聚光灯角度cos值- 内环聚光灯的角度的cos值),0,1)；
float theta = dot(lightDir,normalize(-spotDir));
//(外环的聚光灯角度cos值- 内环聚光灯的角度的cos值)
float epsilon  = inCutOff - outCutOff;
//(外环的聚光灯角度cos值 - 当前顶点的聚光灯角度cos值) / (外环的聚光灯角度cos值- 内环聚光灯的角度的cos值)
float intensity = clamp((theta - outCutOff)/epsilon,0.0,1.0);

• 单位光线向量是从光源指向顶点的单位向量
• 聚光灯指数，表示聚光灯的亮度程度
• 公式解读：单位光源位置 * 单位光线向量点积的聚光灯指数次方。

过渡说明

光照计算终极公式

光照颜色 = 发射颜⾊ + 全局环境颜色 + (环境颜色 + 漫反射颜色 + 镜⾯反射颜色) * 聚光灯效果 * 衰减因子

上述详细代码实现

参考这篇文章OpenGL ES-光照计算(代码实现)