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@@ -7,11 +7,11 @@
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在[光照](../02 Lighting/02 Basic Lighting.md)小节中,我们简单地介绍了氏光照模型,它让我们的场景有了一定的真实感。虽然氏模型看起来已经很不错了,但是使用它的时候仍然存在一些细节问题,我们将在这一节里讨论它们。
在[光照](../02 Lighting/02 Basic Lighting.md)小节中,我们简单地介绍了氏光照模型,它让我们的场景有了一定的真实感。虽然氏模型看起来已经很不错了,但是使用它的时候仍然存在一些细节问题,我们将在这一节里讨论它们。
## Blinn-Phong
氏光照不仅对真实光照有很好的近似而且性能也很高。但是它的镜面反射会在一些情况下出现问题特别是物体反光度很低时会导致大片粗糙的高光区域。下面这张图展示了当反光度为1.0时地板会出现的效果:
氏光照不仅对真实光照有很好的近似而且性能也很高。但是它的镜面反射会在一些情况下出现问题特别是物体反光度很低时会导致大片粗糙的高光区域。下面这张图展示了当反光度为1.0时地板会出现的效果:
![](../img/05/01/advanced_lighting_phong_limit.png)
@@ -21,15 +21,15 @@
![](../img/05/01/advanced_lighting_over_90.png)
现在问题就应该很明显了。左图中是我们熟悉的氏光照中的反射向量,其中$\theta$角小于90度。而右图中视线与反射方向之间的夹角明显大于90度这种情况下镜面光分量会变为0.0。这在大多数情况下都不是什么问题,因为观察方向离反射方向都非常远。然而,当物体的反光度非常小时,它产生的镜面高光半径足以让这些相反方向的光线对亮度产生足够大的影响。在这种情况下就不能忽略它们对镜面光分量的贡献了。
现在问题就应该很明显了。左图中是我们熟悉的氏光照中的反射向量,其中$\theta$角小于90度。而右图中视线与反射方向之间的夹角明显大于90度这种情况下镜面光分量会变为0.0。这在大多数情况下都不是什么问题,因为观察方向离反射方向都非常远。然而,当物体的反光度非常小时,它产生的镜面高光半径足以让这些相反方向的光线对亮度产生足够大的影响。在这种情况下就不能忽略它们对镜面光分量的贡献了。
1977年James F. Blinn在氏着色模型上加以拓展,引入了<def>Blinn-Phong</def>着色模型。Blinn-Phong模型与氏模型非常相似但是它对镜面光模型的处理上有一些不同让我们能够解决之前提到的问题。Blinn-Phong模型不再依赖于反射向量而是采用了所谓的<def>半程向量</def>(Halfway Vector),即光线与视线夹角一半方向上的一个单位向量。当半程向量与法线向量越接近时,镜面光分量就越大。
1977年James F. Blinn在氏着色模型上加以拓展,引入了<def>Blinn-Phong</def>着色模型。Blinn-Phong模型与氏模型非常相似但是它对镜面光模型的处理上有一些不同让我们能够解决之前提到的问题。Blinn-Phong模型不再依赖于反射向量而是采用了所谓的<def>半程向量</def>(Halfway Vector),即光线与视线夹角一半方向上的一个单位向量。当半程向量与法线向量越接近时,镜面光分量就越大。
![](../img/05/01/advanced_lighting_halfway_vector.png)
当视线正好与(现在不需要的)反射向量对齐时,半程向量就会与法线完美契合。所以当观察者视线越接近于原本反射光线的方向时,镜面高光就会越强。
现在不论观察者向哪个方向看半程向量与表面法线之间的夹角都不会超过90度除非光源在表面以下。它产生的效果会与氏光照有些许不同但是大部分情况下看起来会更自然一点特别是低高光的区域。Blinn-Phong着色模型正是早期固定渲染管线时代时OpenGL所采用的光照模型。
现在不论观察者向哪个方向看半程向量与表面法线之间的夹角都不会超过90度除非光源在表面以下。它产生的效果会与氏光照有些许不同但是大部分情况下看起来会更自然一点特别是低高光的区域。Blinn-Phong着色模型正是早期固定渲染管线时代时OpenGL所采用的光照模型。
获取半程向量的方法很简单,只需要将光线的方向向量和观察向量加到一起,并将结果正规化(Normalize)就可以了:
@@ -52,21 +52,21 @@ float spec = pow(max(dot(normal, halfwayDir), 0.0), shininess);
vec3 specular = lightColor * spec;
```
除此之外Blinn-Phong模型就没什么好说的了Blinn-Phong与氏模型唯一的区别就是Blinn-Phong测量的是法线与半程向量之间的夹角氏模型测量的是观察方向与反射向量间的夹角。
除此之外Blinn-Phong模型就没什么好说的了Blinn-Phong与氏模型唯一的区别就是Blinn-Phong测量的是法线与半程向量之间的夹角氏模型测量的是观察方向与反射向量间的夹角。
在引入半程向量之后,我们现在应该就不会再看到氏光照中高光断层的情况了。下面两个图片展示的是两种方法在镜面光分量为0.5时的对比:
在引入半程向量之后,我们现在应该就不会再看到氏光照中高光断层的情况了。下面两个图片展示的是两种方法在镜面光分量为0.5时的对比:
![](../img/05/01/advanced_lighting_comparrison.png)
除此之外,氏模型与Blinn-Phong模型也有一些细微的差别半程向量与表面法线的夹角通常会小于观察与反射向量的夹角。所以如果你想获得和氏着色类似的效果就必须在使用Blinn-Phong模型时将镜面反光度设置更高一点。通常我们会选择氏着色时反光度分量的2到4倍。
除此之外,氏模型与Blinn-Phong模型也有一些细微的差别半程向量与表面法线的夹角通常会小于观察与反射向量的夹角。所以如果你想获得和氏着色类似的效果就必须在使用Blinn-Phong模型时将镜面反光度设置更高一点。通常我们会选择氏着色时反光度分量的2到4倍。
下面是氏着色反光度为8.0Blinn-Phong着色反光度为32.0时的一个对比:
下面是氏着色反光度为8.0Blinn-Phong着色反光度为32.0时的一个对比:
![](../img/05/01/advanced_lighting_comparrison2.png)
你可以看到Blinn-Phong的镜面光分量会比氏模型更锐利一些。为了得到与氏模型类似的结果你可能会需要不断进行一些微调但Blinn-Phong模型通常会产出更真实的结果。
你可以看到Blinn-Phong的镜面光分量会比氏模型更锐利一些。为了得到与氏模型类似的结果你可能会需要不断进行一些微调但Blinn-Phong模型通常会产出更真实的结果。
这里,我们使用了一个简单的片段着色器,让我们能够在氏反射与Blinn-Phong反射间进行切换
这里,我们使用了一个简单的片段着色器,让我们能够在氏反射与Blinn-Phong反射间进行切换
```c++
void main()
@@ -85,4 +85,4 @@ void main()
}
```
你可以在[这里](https://learnopengl.com/code_viewer_gh.php?code=src/5.advanced_lighting/1.advanced_lighting/advanced_lighting.cpp)找到这个Demo的源代码。你可以按下`B`键来切换氏光照与Blinn-Phong光照。
你可以在[这里](https://learnopengl.com/code_viewer_gh.php?code=src/5.advanced_lighting/1.advanced_lighting/advanced_lighting.cpp)找到这个Demo的源代码。你可以按下`B`键来切换氏光照与Blinn-Phong光照。