Lambert漫反射光照模型归纳

此模型属于经验模型，主要用来简单模拟粗糙物体表面的光照现象

此模型假设物体表面为理想漫反射体（也就是只产生漫反射现象，也成为Lambert反射体），同时，场景中存在两种光，一种为环境光，一种为方向光，然后我们分别计算这两种光照射到粗糙物体表面所产生的光照现象，最后再将两个结果相加，得出反射后的光强值。

首先是计算环境光的公式：

I_ambdiff = K_d * I_a;

其中，K_d为粗糙物体表面材质对光的反射系数，这个系数由程序编写者在宿主程序中给出，I_a为环境光的光强，也就是环境光的颜色数值，一般是一个float3型的变量。

然后是计算方向光的公式：

I_ldiff = K_d * I_l * cosa;

其中I_l为方向光的光强，也就是其颜色值，一般是float3型的变量。这个公式与计算环境光的不同，对于环境光，我们不关心它的方向，因为环境光也没有方向，它给予物体的光照在各个顶点处均是一样的。而方向光则需要关注其方向，例如一个聚光灯，灯从不同的角度来照射物体所产生的效果也是不一样的，光线方向越靠近法线，漫反射出来的光就越强，反之则越弱。公式中的a就是光线方向与顶点法线的夹角，同时要注意，入射光的方向在这里定义为顶点到光源位置。但是计算cosa会比较麻烦，所以在这里要变换一下公式，方便程序的书写。假设N为顶点的单位法向量，L为入射光的单位法向量（再次提醒一下，L的方向是由顶点指向光源的）这样，由向量的点积公式可得：cosa = N﹒L,所以计算方向光的公式就变为:

I_ldiff = K_d * I_l * (N﹒L);

综上，得出漫反射后的光强为：

I_diff = K_d * I_a + K_d * I_l * (N﹒L);

下面给出使用Cg语言的Lambert漫反射光照模型顶点着色程序：

/******************************************************/

/*Lambert漫反射光照模型 */

/******************************************************/

struct vertex_In

{

float4 in_Position : POSITION;

float4 in_Normal : NORMAL;

};

struct vertex_Out

{

float4 out_Position : POSITION;

float4 out_Color : COLOR0;

};

void main_v(vertex_In vertexI,

out vertex_Out vertexO,

uniform float4*4 modelViewProj,

uniform float4*4 worldMatrix,

uniform float4*4 worldMatrix_IT,

uniform float3 globalAmbient,//全局光光强

uniform float3 lightPosition,

uniform float3 lightColor,

uniform float3 K_d//漫反射体反射系数

)

{

vertexO.out_Position = mul(modelViewProj , vertexI.in_Position);//进行投影变换

float3 worldPosition = mul(worldMatrix , vertexI.in_Position).xyz;//计算顶点的世界位置

float3 N = mul(worldMatrix_IT , vertexI.in_Normal).xyz;//计算顶点的法向量

N = normalize(N);//向量规范化

//计算方向光方向

float3 L = lightPosition - worldPosition;

L = normalize(L);//向量规范化

//计算环境光漫反射光强

float3 ambColor = Kd * globalAmbient;

//计算方向光漫反射光强

float3 dirColor = Kd * lightColor * max(dot(N , L) , 0);

vertexO.out_color.rgb = ambColor + dirColor;

vertexO.out_color.a = 1;

}

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