7.Phong 和 BlinnPhong

Lambert漫反射光照模型，这是一个用来模拟粗糙表面对光线的漫反射现象的经验模型，对于纸张、粗糙墙壁等等来说，这个模型或许够用，但对于金属这样的光滑表面来说，我们就需要使用Phong模型来模拟光滑表面对光线的镜面反射现象。同Lambert一样，这个模型也是经验模型，而且在程序中，我们经常同时使用Lambert和Phong两个模型，因为在现实世界中，任何表面都会同时发生漫反射和镜面反射两种现象，因此我们就要使用两种模型分别计算两种反射后的光强（也就是顶点颜色值），是渲染的效果看起来真实一些。但要注意，这样做并不会带来真正真实的渲染效果，毕竟这两种模型都是经验模型，考虑的都是理想情况下。而Blinn-phong光照模型是基于Phong的修正模型。

设顶点的单位法向量为N，有公式：

R + L = (2N • L)N （这里再次提醒一下，L的方向是由顶点指向光源的）

由这个可以推出：

R = (2N • L)N - L

因此Phong的公式如下图左图所示。

Shader "Study/7_Phong" {Properties{_Color("Main Color", Color) = (1,1,1,1)_SpecColor("Specular Color", Color) = (0.5, 0.5, 0.5, 1)// 高光颜色_Shininess("Shininess", Range(0.01, 1)) = 0.078125// 高光指数【光泽度】_MainTex("Base (RGB) Gloss (A)", 2D) = "white" {}}SubShader{Tags{ "RenderType" = "Opaque" }LOD 300CGPROGRAM
#pragma surface surf BlinnPhongTest// 半角向量和BilnnPhong:使用入射光线和视线的中间平均值，即半角向量，然后使用该半角和法线计算出一个和视角相关的高光。// 相关参数：【lightDir点到光源单位向量】【viewDir点到摄像机单位向量】【atten衰减系数】【_LightColor0场景中平行光的颜色】float4 LightingBlinnPhongTest(SurfaceOutput s, float3 lightDir, float3 viewDir, float atten){// 1.半角向量：求（点到光源+点到摄像机）的单位向量，他们的中间平均值float3 h = normalize(lightDir + viewDir);// 2.漫反射系数【点到光源单位向量与法线向量的余弦值】float diff = max(0, dot(s.Normal, lightDir));// 3.反射向量float3 r = 2 * dot(s.Normal, lightDir) * s.Normal - lightDir;// 4.高光底数【反射向量与视角向量的余弦值】float re = max(0, dot(r, viewDir));// 5.高光系数：根据高光低数和高光指数求得float spec = pow(re, s.Specular * 256) * s.Gloss;float4 c;// 6.最终光照rgb = 漫反射+半角高光c.rgb = (s.Albedo * _LightColor0.rgb * diff + _LightColor0.rgb * _SpecColor.rgb * spec) * (atten * 2);c.a = s.Alpha + _LightColor0.a * _SpecColor.a * spec * atten;return c;}sampler2D _MainTex; // 主材质fixed4 _Color;  // 主材质颜色half _Shininess; // 高光指数struct Input {float2 uv_MainTex; // 主材质的UV信息};void surf(Input IN, inout SurfaceOutput o) {// 取主纹理的对应当前像素点的值fixed4 tex = tex2D(_MainTex, IN.uv_MainTex);// Albedo反照率，即物体反射光的数量与外来光数量的比值。// Albedo = 主纹理 x 主色调，反映了物体的基色，与任何光相关的信息（比如diffuse, shiness等）无关o.Albedo = tex.rgb * _Color.rgb;    // 颜色纹理=主纹理*主材质颜色// Gloss光滑度[0, 1]，用于控制反射的模糊程度，值越大，高光反射越清晰，反之则越模糊，0将无高光效果。// 光滑度的“滑”是面的概念，代表物体整体的光滑程度// 比如说，同样一块金属，在它生锈的过程中，其反射就会慢慢变弱，可以通过Gloss值控制// 实际上它是针对高光计算结果的附加系数o.Gloss = tex.a;o.Alpha = tex.a * _Color.a;      // 透明度// Shininess光泽度[0, 1]，又叫高光指数或镜面反射指数，注意，它在SurfaceOutput结构中的命名（Specular）很容易让人误解为它是高光强度，其实不然，它是高光指数// 光泽度的“泽”是点的概念，代表物体某个高光点的光泽程度o.Specular = _Shininess; // 越小光泽度越高，0为全白//o.Emission = tex.rgb;}ENDCG}Fallback "VertexLit"
}

相比较Phong模型，Blinn-phong模型只适用N•H替换了V•R，但却获得了明显的提高，它能提供比Phong更柔和、更平滑的高光，而且速度上也更快，因此成为很多CG软件中默认的光照渲染方法，同时也被集成到大多数的图形芯片中，而且在OpenGL和DirectX 3D的渲染管线中，它也是默认的光照模型。

由于这两个光照模型公式基本相同，所以只解释一下N•H：

N与前面相同，是顶点的单位法向量，而H则是入射光L和顶点到视点的单位向量的角平分线单位向量，通常也成为半角向量。其计算方法为：

H = (L + V) / (|L + V|)

Shader "Study/7_BlinnPhong" {Properties{_Color("Main Color", Color) = (1,1,1,1)_SpecColor("Specular Color", Color) = (0.5, 0.5, 0.5, 1)// 高光颜色_Shininess("Shininess", Range(0.01, 1)) = 0.078125// 高光指数【光泽度】_MainTex("Base (RGB) Gloss (A)", 2D) = "white" {}}SubShader{Tags{ "RenderType" = "Opaque" }LOD 300CGPROGRAM
#pragma surface surf BlinnPhongTest// 半角向量和BilnnPhong:使用入射光线和视线的中间平均值，即半角向量，然后使用该半角和法线计算出一个和视角相关的高光。// 相关参数：【lightDir点到光源单位向量】【viewDir点到摄像机单位向量】【atten衰减系数】【_LightColor0场景中平行光的颜色】float4 LightingBlinnPhongTest(SurfaceOutput s, float3 lightDir, float3 viewDir, float atten){// 1.半角向量：求（点到光源+点到摄像机）的单位向量，他们的中间平均值float3 h = normalize(lightDir + viewDir);// 2.漫反射系数【点到光源单位向量与法线向量的余弦值】float diff = max(0, dot(s.Normal, lightDir));// 3.高光底数【半角向量与法线向量的余弦值】float nh = max(0, dot(s.Normal, h));// 4.高光系数：根据高光低数和高光指数求得float spec = pow(nh, s.Specular * 256) * s.Gloss;float4 c;// 5.最终光照rgb = 漫反射+半角高光c.rgb = (s.Albedo * _LightColor0.rgb * diff + _LightColor0.rgb * _SpecColor.rgb * spec) * (atten * 2);c.a = s.Alpha + _LightColor0.a * _SpecColor.a * spec * atten;return c;}sampler2D _MainTex; // 主材质fixed4 _Color;  // 主材质颜色half _Shininess; // 高光指数struct Input {float2 uv_MainTex; // 主材质的UV信息};void surf(Input IN, inout SurfaceOutput o) {// 取主纹理的对应当前像素点的值fixed4 tex = tex2D(_MainTex, IN.uv_MainTex);// Albedo反照率，即物体反射光的数量与外来光数量的比值。// Albedo = 主纹理 x 主色调，反映了物体的基色，与任何光相关的信息（比如diffuse, shiness等）无关o.Albedo = tex.rgb * _Color.rgb;    // 颜色纹理=主纹理*主材质颜色// Gloss光滑度[0, 1]，用于控制反射的模糊程度，值越大，高光反射越清晰，反之则越模糊，0将无高光效果。// 光滑度的“滑”是面的概念，代表物体整体的光滑程度// 比如说，同样一块金属，在它生锈的过程中，其反射就会慢慢变弱，可以通过Gloss值控制// 实际上它是针对高光计算结果的附加系数o.Gloss = tex.a;o.Alpha = tex.a * _Color.a;      // 透明度// Shininess光泽度[0, 1]，又叫高光指数或镜面反射指数，注意，它在SurfaceOutput结构中的命名（Specular）很容易让人误解为它是高光强度，其实不然，它是高光指数// 光泽度的“泽”是点的概念，代表物体某个高光点的光泽程度o.Specular = _Shininess; // 越小光泽度越高，0为全白//o.Emission = tex.rgb;}ENDCG}Fallback "VertexLit"
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