OpenGL学习脚印：Blinn-Phong光照模型

Posted 2022-12-12 The fool

写在前面
在前面基础光照部分，我们学习了Phong Shading模型，Blinn-Phong模型对Phong模型的镜面光成分进行了改进，虽然在物理上解释没有Phong好，但是能更好地模拟光照。本节代码可以在我的github下载。

本节内容整理自：
1.www.learnopengl.com
2.Blinn-Phong Model

Phong不能处理的情况

我们知道，Phong模型在计算镜面光系数为：

float   specFactor = pow(max(dot(reflectDir, viewDir), 0.0), 32); // 32为镜面高光系数

这里的计算由反射向量和观察向量决定，当两者的夹角$\\theta$超过90时，截断为0.0，则没有了镜面光成分。因此Phong模型能处理的是下面的左图中($\\theta \\le 90$)的情况，而对于右图中($\\theta \\gt 90$)的情况则镜面光成分计算为0(来自Advanced-Lighting)。

而右图的这种情况实际上是存在的，将镜面光成分取为0，没有很好地体现实际光照情况。例如下面的图表示的是，镜面光系数为1.0，法向量为(0.0,1.0,0.0)的平面位置在-0.5,光源在原点时，观察者在(0,0,4.0)位置时，光照展示的情形：

这里我们看到，Phong的镜面光成分，在边缘时立马变暗，这种对比太明显，不符合实际情形。

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为什么会产生这样一个光线明暗分明的情形? 我尝试这样推导，对此不感兴趣地可以跳过。

首先记表面位置为$fragPos=(x, -0.5, z)$, 光源位置为$lightPos=(0.0, 0.0, 0.0)$，则光照向量为：

$$\\beginalign L &= -(lightPos - fragPos) \\\\ &= (x, -0.5, z)\\taglight direction\\endalign$$
法向量为：
$$N = (0.0, 1.0, 0.0)\\tagsurface normal$$
根据 reflect函数的计算原理，得到反射向量为：
$$\\beginalign R &= L - 2.0 * dot(N, L) * N \\\\ &= (x, -0.5, z) - 2.0 * (-0.5)*(0.0, 1.0,0.0) \\\\ &= (x, 0.5,z)\\tagsurface reflection\\endalign$$

设观察点位置为$(x\',y\',z\')$，则观察向量为：

$$\\beginalign V &=(x\',y\',z\') - fragPos \\\\ &= (x\'-x, y\'+0.5,z\'-z) \\tagviewer direction\\endalign$$

那么反射向量和观察向量的点积为：

$$\\beginaligndot(R,V) &= (xx\'-x^2+0.5y\'+0.25+zz\'-z^2) \\\\ &=-[(x-\\fracx\'2)^2+(z-\\fracz\'2)^2-0.25(x\'^2+z\'^2+1+2y\')] \\endalign$$
记 δ=0.25(x

以上是关于OpenGL学习脚印：Blinn-Phong光照模型的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章

OpenGL学习脚印：伽马校正(Gamma Correction)

shader编程-RayMarching与Blinn-Phong光照模型搭建三维场景（WebGL-Shader开发基础08）

shader编程-RayMarching与SDF搭建三维场景实现Blinn-Phong光照（WebGL-Shader开发基础08）

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Blinn-Phong光照算法

Blinn-Phong光照算法