【转】OpenGL CG系列教程2,vertex lighting

之前的一篇教程HelloCG介绍了Cg的一些最基本的东西。这篇教程将介绍利用可编程渲染管线来实现光照。光照模型将采用广泛应用的phong模型，虽然这种模型在openGL的固定管线中已经实现了，但是学习该光照模型可以更加清楚的了解可编程渲染管线的流程。首先要实现phong光照模型先要了解该模型中光照计算，关于phong模型光照计算的相关资料网上相当多，或者参考任何一本计算机图形学的相关书籍即可，这里只给出计算公式。 C = ambient + diffuse + specular从公式中可以得出，物体顶点的最终颜色是由环境反射，漫反射和镜面反射三个成分来决定的。环境反射的计算公式为：ambient = IaKa其中，Ia是光的环境反射强度，Ka是物体材质的环境射系数。环境反射很简单，和光源、法线等等都没有关系，下面是只有环境反射的例子。

Fig1环境反射，Ia=(1.0, 1.0, 1.0)，Ka=(0.15,0.15,0.0)和环境反射相比，漫反射就稍微复杂一点，它和光源的位置和物体顶点的法线都有关系。漫反射的计算公式为：diffuse = IdKd (NL)其中Id是光的漫反射强度，Kd是物体材质漫反射系数，NL表示法线N和入射光线L的内积。下面是只有面反射的例子。

Fig2漫反射，Id=(1.0, 1.0, 1.0)，Kd=(1.0, 1.0 , 0.0)最后是镜面反射，和漫反射相比，镜面反射又复杂了一点。它不仅和光源位置，物体顶点法线有关系，而且还和我们观看的位置有关系。镜面反射的计算公式为：specular = IsKs(VR)n其中Is是光的镜面反射强度，Ks是物体材质的镜面反射系数，VR表示相机朝向向量V和反射光线R的内积，n表示该内积的n次幂。这里反射光线R可以通过公式R = 2(LN)N-L所以，镜面反射公式现在可以写成specular = IsKs(NH)n下面是只有镜面反射的例子。

Fig3镜面反射，Is=(1.0, 1.0, 1.0)，Ks=(1.0, 1.0 , 1.0,), n=32通过上面的过程，分别计算出了物体每个顶点的环境反射，面反射和镜面反射。最后简单将这三个成分相加即可得到顶点最终的颜色。C = IaKa + IdKd (NL)+ IsKs(NH)n图fig4显示了这个相加的过程。

Fig4 phong光照下面是vertex shader的代码。由于是基于vertex的光照，所以不需要fragment shader。uniform float3 LightPosition; //光源位置uniform float3 eyePosition; //相机位置uniform float3 I; //光强度uniform float3 Ka; //环境光反射系数uniform float3 Kd; //漫反射系数uniform float3 Ks; //镜面反射系数uniform float shininess; //n幂次struct output{ float4 position : POSITION; float4 color : COLOR; };output vs_main( float4 position : POSITION, float3 normal : NORMAL, uniform float4x4 MV, // 在相机坐标系中计算，所以要用到ModelView变换矩阵 uniform float4x4 MVP // ModelViewProjection变换矩阵 ){ output OUT; OUT.position = mul(MVP, position); float3 N = normalize(mul(MV, float4(normal,0.0)) ).xyz; //转换法线到相机坐标系 float3 P = mul(MV, position).xyz; //转换物体顶点到相机坐标系 float3 L = normalize(LightPosition - P); float NdotL = max(dot(N,L),0); //判断法线和入射光线的角度是否大于90度 float3 ambient = Ka * I; //环境反射 float3 diffuse = Kd * I * NdotL; //漫反射 float3 V = normalize(eyePosition - P); float3 H = normalize(L+V); //half vector float NdotH = pow(max(dot(N,H), 0), shininess); if(NdotL<=0) NdotH = 0.0; float3 specular = Ks*I*NdotH; //镜面反射 float3 color = ambient + diffuse +specular; //所有成分相加 OUT.color.xyz= color; OUT.color.w = 1.0; return OUT;}
转自：http://blog.csdn.net/zhulinpptor/archive/2010/09/27/5909725.aspx