BDRF经验模型之一：Phong Lighting Model

语法糖
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  • 环境光照(Ambient Lighting)：即使在黑暗的情况下，世界上通常也仍然有一些光亮（月亮、远处的光），所以物体几乎永远不会是完全黑暗的。为了模拟这个，我们会使用一个环境光照常量，它永远会给物体一些颜色。
  • 漫反射光照(Diffuse Lighting)：模拟光源对物体的方向性影响(Directional Impact)。它是冯氏光照模型中视觉上最显著的分量。物体的某一部分越是正对着光源，它就会越亮。
  • 镜面光照(Specular Lighting)：模拟有光泽物体上面出现的亮点。镜面光照的颜色相比于物体的颜色会更倾向于光的颜色。

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环境光照

GI(Global Illumination)，全局照明。开销大、复杂。可以前期烘焙Lightmap

环境光照：

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void main()
{
    float ambientStrength = 0.1;
    vec3 ambient = ambientStrength * lightColor;

    vec3 result = ambient * objectColor;
    FragColor = vec4(result, 1.0);
}

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漫反射光照

法向量

法向量是一个垂直于顶点表面的（单位）向量。

传入fs中。

计算漫反射光强度

对norm和lightDir向量进行点乘。

两个向量之间的角度越大，漫反射分量就会越小。

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法线矩阵

模型矩阵左上角的逆矩阵的转置矩阵

它使用了一些线性代数的操作来移除对法向量错误缩放的影响。如果你想知道这个矩阵是如何计算出来的，建议去阅读这个文章。

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Normal = mat3(transpose(inverse(model))) * aNormal;

注意我们还要把被处理过的矩阵强制转换为3×3矩阵，来保证它失去了位移属性以及能够乘以vec3的法向量。

即使是对于着色器来说，逆矩阵也是一个开销比较大的运算，因此，只要可能就应该避免在着色器中进行逆矩阵运算，它们必须为你场景中的每个顶点都进行这样的处理。用作学习目这样做是可以的，但是对于一个对效率有要求的应用来说，在绘制之前你最好用CPU计算出法线矩阵，然后通过uniform把值传递给着色器（像模型矩阵一样）。

证明：

镜面光照

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对每一个FragPos进行视角方向计算，再同光源反射先点乘，得出反光强度。

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float spec = pow(max(dot(viewDir, reflectDir), 0.0), 32);

此处32是Shininess(反射因子)，越大则镜面反射效果越强，即表现得更光滑，反之更粗糙。

GLSL 几何函数

函数 描述
float length(vec2/vec3/vec4 x) 返回x向量的长度
float distance(vec p0,vec p1) 返回p0和p1之间的距离
float dot(vec x,vec y) 返回x和y的点乘结果
vec3 cross(vec3 x,vec3 y) 返回x和y的叉乘结果
vec normalize(vec x) 返回和x方向相同的单位长度向量
vec faceforward(vec N,vec I,vec nRef) 如果dot(Nref,l)<0则返回N，否则返回-N
vec reflect(vec l,vec N) 返回入射向量l的反射方向和表面法线方向N
vec refract(vec vec N,float eta) 返回入射向量l的反射方向、表面法线方向N和折射指数比eta 
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reflect(-A,B) == - reflect(A,B) //true

漫反射贴图(Diffuse Map)

注意sampler2D是所谓的不透明类型(Opaque Type)，也就是说我们不能将它实例化，只能通过uniform来定义它。如果我们使用除uniform以外的方法（比如函数的参数）实例化这个结构体，GLSL会抛出一些奇怪的错误。这同样也适用于任何封装了不透明类型的结构体。

移除环境光材质颜色向量，因为环境光颜色在几乎所有情况下都等于漫反射颜色，所以我们不需要将它们分开储存。

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struct Material {
    sampler2D diffuse;
    vec3      specular;
    float     shininess;
}; 
...
in vec2 TexCoords;
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