Phong照明：单独添加镜面照明还是与环境和漫射？

Question

我正在尝试实现Phong照明。在一些教程中，镜面反射照明添加到环境光和漫反射照明中，然后总照明乘以纹理颜色。我还看到了一个教程，其中在添加环境光和漫反射光后，分别添加了镜面反射照明和纹理颜色。

这是一个片段着色器，既有选项，也有屏幕截图。

#version 330 core
out vec4 FragColor;

in vec2 TexCoord;
in vec3 normals;
in vec3 fragPosition;


//texture samplers
uniform sampler2D texture1;
uniform vec3 ambientLight;
uniform vec3 lightPosition;
uniform vec3 lightColor;
uniform vec3 viewPosition;
uniform float specularStrength;
uniform float shineDamp;

void main()
{
    vec3 norm = normalize(normals);
    vec3 lightDir = normalize(lightPosition - fragPosition); 

    float diff = max(dot(norm, lightDir), 0.0);
    vec3 diffuse = diff * lightColor;

    vec3 viewDir = normalize(viewPosition - fragPosition);
    vec3 reflectDir = reflect(-lightDir, norm);
    float spec = pow(max(dot(viewDir, reflectDir), 0.0), shineDamp);
    vec3 specular = specularStrength * spec * lightColor;  

    // 1. Specular is added to ambient and diffuse lights and this result is multiplied with texture
    //FragColor = vec4((ambientLight + diffuse + specular), 1.0f) * texture(texture1, TexCoord);

    // 2. Specular is added separately to result of multiplication of ambient + diffuse and texture
    //FragColor = vec4((ambientLight + diffuse), 1.0f) * texture(texture1, TexCoord) + vec4(specular, 1.0);
}

>

选项1。镜面反射将添加到环境光和漫反射

选择2。镜面反射是单独添加的。

在这些截图中，shineDump值为32.0f，镜面强度为0.5f。

哪一个看起来正确？在我看来，与第一个选项相比，第二个选项看起来是正确的，但许多教程使用第一个选项中的公式。

Answer 1

通常，在计算机图形学中，光由双向反射分布函数（BRDF）建模。BRDF是一个函数，它给出了沿输出方向反射的光与从输入方向入射的光之间的关系。

一般来说，BRDF模型可分为以下一类或两类：

经验：他们的主要目的是提供一个简单的公式，专门设计来模拟一种反射。因此，我们得到了一个可通过参数调整的快速计算模型，但不考虑其背后的物理原理。
• 理论：这些模型试图通过使用物理定律来准确模拟光散射。它们通常会导致复杂的表达和高计算工作量，因此它们通常不用于渲染系统。
• 实验：可以使用机械改变光源和传感器位置的角折射仪获取BRDF。其他技术使用数码相机通过一张照片获取许多BRDF样本。

见更多：

• 双向反射分布函数

Phong模型是一个经验各向同性模型。由于经验和理论获得的BRDF模型都只是真实材料反射特性的近似值，因此完全取决于您为您的场景和表面外观设置BRDF。

Answer 2

我正在尝试实现Phong照明。在一些教程中，镜面反射照明添加到环境光和漫反射照明中，然后总照明乘以纹理颜色。

这是黑暗时代的历史文物，当时照明方程仍然在GPU中硬连线，并且Gaurud着色是标准。光模型只是在顶点进行评估，并且生成的光值在整个基元中进行插值。由于纹理通常用于模拟材料的表面属性，因此纹理通常会在每个片段处采样（这样我们就可以为我们的基元提供超出几何中指定水平的结构）。但由于gaurud着色，我们需要使用每个片段的纹理数据来调制已经计算的光值。最简单的方法是将两者相乘。

我还看到了一个教程，其中在添加环境光和漫反射光后，分别添加了镜面反射照明和纹理颜色。

通过纹理颜色对整个照明进行调制，会对许多材质产生不切实际的效果。为了解决这些问题，有时会分离镜面反射部分。现在，我们计算每个顶点的一个amibient漫反射部分和一个镜面反射部分，对它们进行插值，用纹理调制环境漫反射，然后添加每个片段的镜面反射部分。

然而，现在没有人会使用古罗阴影，我们会计算每个片段的光照。对于光模型的评估和纹理的采样，我们不再有不同的频率，因此这些问题变得毫无意义。由于某些表面反射的实际光取决于材质，并且我们使用纹理来模拟该材质，因此我们可以直接使用纹理作为照明计算的输入，即漫反射反照率或镜面反射率，或其他。这还允许我们在原语中改变任意材质属性，而不仅仅是“颜色”，光泽度/粗糙度也可以来自纹理，就像法线方向和照明模型可能使用的任何参数一样。