一步一步学RenderMonkey（2）——光照模型

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光照模型

3D渲染中， 物体表面的光照计算公式为：

I = 环境光(I_ambient) + 漫反射光(I_diffuse) + 镜面高光(I_specular);

 

其中，环境光(ambient)计算公式为：

I_ambient = A_intensity * A_color ;             (A_intensity表示环境光强度，A_color表示环境光颜色)

 

漫反射光(diffuse)计算公式为：

I_diffuse = D_intensity*D_color*N.L ;                   (D_intensity表示漫反射强度，D_color表示漫反射光颜色，N为该点的法向量，L为光源向量)

 

镜面光照(specular)计算公式为：

I_specular = S_intensity*S_color*(R.V)ⁿ ;         (S_intensity表示镜面光照强度，S_color表示镜面光颜色，R为光的反射向量，V为观察者向量)

 

综上所得：整个光照公式为：

I = A_intensity * A_color + D_intensity*D_color*N.L + S_intensity*S_color*(R.V)ⁿ ;

将一些值合并，并使用白色作为光照颜色，则上述公式可简化为：

I = A + D*N.L + (R.V)ⁿ

 

 

环境光照：

1.      打开RenderMonkey, 右击WorkSpace的Effect WorkSpace结点，选择Add Default Effect->DirectX->DirectX;

2.      这样建立的效果就是一个环境光照效果，可以双击pixel shader, 修改自己喜欢的颜色作为环境光

 

效果如下图：

 

 

 

 

 

漫反射光照：

1.      打开RenderMonkey, 右击WorkSpace的Effect WorkSpace结点，选择Add Default Effect->DirectX->DirectX;

2.      添加物体位置矩阵：右击Effect节点 选择 Add Variable->Matrix->PreDefined->matWorld

 

3.      添加光源向量: 右击Effect节点 选择Add Variable->float->float4;  修改名称为vecLightDir, 双击设置其值

 

4.      修改stream Mapping; 添加一个法向量形式

 

5.       编写Vertex Shader:

float4x4 matViewProjection; float4x4 matWorld; float4 vecLightDir; struct VS_INPUT { float4 Position : POSITION0; float3 Norm : NORMAL0; }; struct VS_OUTPUT { float4 Position : POSITION0; float3 Light : TEXCOORD0; float3 Norm : TEXCOORD1; }; VS_OUTPUT vs_main( VS_INPUT Input ) { VS_OUTPUT Output; Output.Position = mul( Input.Position, matViewProjection ); Output.Light = normalize(vecLightDir); Output.Norm = normalize(mul(Input.Norm, matWorld)); return( Output ); }   

6.       编写Pixel Shader:

  float4 ps_main( float3 Light:TEXCOORD0, float3 Norm:TEXCOORD1) : COLOR0 { float4 diffuse = { 1.0f, 1.0f, 1.0f, 1.0f}; float4 ambient = { 0.3, 0.2, 0.1, 1.0}; return ambient + diffuse * saturate(dot(Light, Norm)); }

7.       编译预览效果：

 

镜面反射光照：

镜面光照在漫反射基础上，还需要添加一个视口位置；

1.      打开RenderMonkey, 添加一个渲染节点；Add Default Effect->DirectX->DirectX；

2.      添加摄像机矩阵，Add Variable->Matrix->Predefined->matView;

3.      添加光源方向 Add Variable->float->float4; 改名为vecLightDir，并设值

 

4.      添加视点位置 Add Variable->float->float4; 改名为vecEye; 并设值（0，0，-10，1）；

5.      添加纹理 Add Texture->Add 2D Texture->2D Texture; 随便选择一张纹理；

6.      右键pass0,添加一个纹理对象； Add Texture Object->my2DTexture;  并改名为baseMap;

7.      修改steam mapping 如下

 

8.       编写vertex shader;

 float4x4 matViewProjection; float4x4 matView; float4 vecLightDir; float4 vecEye; struct VS_INPUT { float4 Position : POSITION0; float3 Normal : NORMAL0; float2 Texcoord : TEXCOORD0; }; struct VS_OUTPUT { float4 Position : POSITION0; float2 Texc : TEXCOORD0; float3 Light : TEXCOORD1; float3 Norm : TEXCOORD2; float3 View : TEXCOORD3; }; VS_OUTPUT vs_main( VS_INPUT Input ) { VS_OUTPUT Output; Output.Position = mul( Input.Position, matViewProjection ); Output.Light = vecLightDir; float3 posWorld = normalize(mul(Input.Position, matView)); Output.View = vecEye - posWorld; Output.Norm = mul(Input.Normal, matView); Output.Texc = Input.Texcoord; return( Output ); }  

9.       编写 pixel shader;

 sampler2D baseMap; float4 ps_main( float2 Texc:TEXCOORD0, float3 Light:TEXCOORD1, float3 Norm:TEXCOORD2, float3 View:TEXCOORD3) : COLOR0 { float4 ambient = { 0.3686f, 0.3686f, 0.3686f, 1.0f}; float4 diffuse = { 0.88f, 0.88f, 0.88f, 1.0f}; float3 Normal = normalize( Norm); float3 LightDir = normalize( Light); float3 ViewDir = normalize( View); float4 diff = saturate( dot( Normal, LightDir)); float3 Reflect = normalize( 2 * diff * Normal - LightDir); float4 specular = pow(saturate(dot(Reflect, ViewDir)), 8); float4 fvBaseColor = tex2D( baseMap, Texc ); float4 fvTotalAmbient = ambient * fvBaseColor; float4 fvTotalDiffuse = diffuse * diff * fvBaseColor; return fvTotalAmbient + fvTotalDiffuse + specular; }  

10.   运行结果：

 

 

 

该实例可通过Add Default Effect->DirectX->TexturedPhong 自动生成;