Learn OpenGL 笔记6.1 Advanced Lighting（高级照明）

之前我们简要介绍了 Phong 照明模型，为我们的场景带来了基本的真实感。但有一些细节，我们将在本章中重点关注。

基础知识：

1.Blinn-Phong

以前模型的弊端：

Phong 照明是一种很好且非常有效的照明近似方法，但它的镜面反射在某些条件下会分解，特别是当光泽度低导致大（粗糙）镜面区域时。 下图显示了当我们在平面纹理平面上使用 1.0 的镜面反射光泽指数时会发生：

发生这种情况的原因是视图和反射向量之间的角度没有超过 90 度。 如果角度大于 90 度，则生成的点积变为负值，这导致镜面反射指数为 0.0。

    //镜面高光 = 强度 * 镜面高光参数 * 光的颜色vec3 specular = specularStrength * spec * lightColor;  

而其中的spec又等于：viewDir和reflectDir的点积 = |a||b|cos0,所以当图中的光射向里的一面，反射出的光，反射向量，与我们的眼睛向量view的夹角，就大于了90度了。导致cos0 < 0了，没光强了。

    // specularfloat specularStrength = 0.5;vec3 viewDir = normalize(viewPos - FragPos);vec3 reflectDir = reflect(-lightDir, norm);  float spec = pow(max(dot(viewDir, reflectDir), 0.0), 32);

Blinn-Phong 着色模型的优势：

1977 年，James F. Blinn 引入了 Blinn-Phong 着色模型，作为我们迄今为止使用的 Phong 着色的扩展。 Blinn-Phong 模型在很大程度上相似，但与镜面反射模型略有不同，因此克服了我们的问题。 我们不依赖于反射向量，而是使用所谓的halfway vector中间向量，它是一个单位向量，正好位于视图方向和光方向的中间。 这个中间向量与表面的法向量对齐得越近，镜面反射的贡献就越高。

当视图方向与（现在是假想的）反射向量完美对齐时，中间向量与法线向量完美对齐。 视线方向越接近原始反射方向，镜面高光越强。

无论观察者从哪个方向看，中间向量和表面法线之间的角度都不会超过 90 度（当然，除非光线远低于表面）。 结果与 Phong 反射略有不同，但通常在视觉上更合理，尤其是在镜面反射指数较低的情况下。 Blinn-Phong 着色模型也是早期 OpenGL 固定函数管道中使用的精确着色模型。

获得中间向量很容易，我们将光的方向向量和视图向量相加，并对结果进行归一化： 

L：光的向量    V：视图向量（眼睛向量）

 Blinn-Phong 的GLSL代码：

vec3 lightDir   = normalize(lightPos - FragPos);
vec3 viewDir    = normalize(viewPos - FragPos);
vec3 halfwayDir = normalize(lightDir + viewDir);

然后镜面反射项的实际计算变成了表面法线和中间向量之间的点积，以获得它们之间的余弦角，我们再次提炼出一个specular shininess exponent镜面反射光泽指数：

float spec = pow(max(dot(normal, halfwayDir), 0.0), shininess);
vec3 specular = lightColor * spec;

Phong 和 Blinn-Phong 着色之间的另一个细微差别是中间向量和表面法线之间的角度（blinn-phong）通常小于视图和反射向量之间的角度(phong)。 因此，要获得类似于 Phong 着色的视觉效果，必须将镜面反射光泽指数设置得更高一些。 一般的经验法则是将其设置在 Phong 光泽指数的 2 到 4 倍之间。

下面是 Phong 指数设置为 8.0 和 Blinn-Phong 分量设置为 32.0 的两种镜面反射模型之间的比较：

 二者切换：

void main()
{[...]float spec = 0.0;if(blinn){vec3 halfwayDir = normalize(lightDir + viewDir);  spec = pow(max(dot(normal, halfwayDir), 0.0), 16.0);}else{vec3 reflectDir = reflect(-lightDir, normal);spec = pow(max(dot(viewDir, reflectDir), 0.0), 8.0);}