《GPU编程与CG语言之阳春白雪下里巴人》读书笔记3 漫反射与Lambert光照模型

先来几个概念：

环境光(Ambient Light): 从物体表面所产生的反射光的统一照明，称为环境光
或背景光。环境光没有空间和方向性，在所有方向上和所有物体表面上投射的环境光强度是统一的恒定值。
平行光：即光线都从同一个方向照射。
漫反射:英文是diffuse reflection，不用解释了。
Lambert反射体：即理想漫反射体，产生光的漫反射现象的物体表面。
Iambdiff=kdIaI_{ambdiff}=k_{d}I_{a} 用以求某点处漫反射的光强。
其中IaI_{a}表示环境光强度（简称光强），kd(0<kd<1)k_{d}(0为材质对环境光的反射系数。I——ambdiffI——{ambdiff}是漫反射体与环境光交互反射的光强。
Lambert漫反射模型:
Ildiff=kdIlcosθI_{ldiff}=k_{d}I_{l}\cos\theta
IlI_{l}是点光源强度，θ\theta是入射光方向与顶点法线的夹角(0≤θ≤90∘0\leq\theta\leq90^{\circ}),IldiffI_{ldiff}是漫反射体与方向光交互反射的光强。
因为cosθ\cos\theta等于顶点单位法向量和从顶点指向光源的单位向量的点积，故Ildiff=kdIl(N∙L)I_{ldiff}=k_{d}I_{l}(N•L)，N为顶点单位法向量，L为顶点指向光源的单位向量。

综合考虑环境光和方向，Lambert光照模型可以写成：
Idiff=Iambdiff+Ildiff=kdIa+kdIl(N∙L)I_{diff}= I_{ambdiff} + I_{ldiff} = k_{d}I_{a} + k_{d}I_{l}(N•L)

漫反射光照模型顶点着色程序：

void main_v(float4 position : Position,float4 normal : NORMAL,out float4 oPosition : POSITION,out float4 color : COLOR,uniform float4*4 modelViewProj,uniform float4*4 worldMatrix,uniform float4*4 worldMatrix_IT,uniform float3 globalAmbient,uniform float3 lightPosition,uniform float3 lightColor,uniform float3 Kd)
{oPostion = mul(modelViewProj,postion);//mul:计算两个矩阵相乘float3 worldPos = mul(worldMatrix, position).xyz;float3 N = mul(worldMatrix_IT,normal).xyz;N = normalize(N);//计算入射光方向float3 L = lightPosition - worldPos;L = normalize(L);//计算方向光漫反射光强float3 diffuseColor = Kd*lightColor*max(dot(N,L),0);color.xyz = diffuseColor + ambientColor;color.w = 1;
}

漫反射光照模型顶点着色程序

struct VertextIn
{float4 position : Position;float4 normal : NORMAL;
};
struct VertexScreen
{float4 oPosition : POSITION;float4 color : COLOR;
};
void main_v(VertexScreen posOut,uniform float4*4 modelViewPorj,uniform float4*4 worldMatrix,uniform float4*4 worldMatrix_IT,uniform float3 globalAmbient,uniform float3 lightPosition,uniform float3 lightColor,uniform float3 Kd)
{posOut.oPosition = mul(modelViewProj, posIn.position);float3 worldPos = mul(worldMatrix, posIn.position).xyz;float3 N = mul(worldMatrix_IT, posIn.normal).xyz;N = normalize(N);//计算入射光方向float3 L = lightPosition - worldPos;L = normalize(L);//计算方向光漫反射光强float3 diffuseColor = Kd*lightColor*max(dot(N, L), 0);//计算环境光漫反射光强float3 ambientColor = Kd*globalAmbient;posOut.color.xyz = diffuseColor+ambientColor;posOut.color.w = 1;
}

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