OpenGL_16_鏡面反射-創(chuàng)新互聯(lián)

1，
我們?cè)谟?jì)算環(huán)境光的時(shí)候，光的強(qiáng)度是唯一的影響因素。然后處理漫射光的時(shí)候公式中加入了光的方向參數(shù)。
鏡面反射包含了上面所有的綜合因素并且添加了一個(gè)新的元素：觀察者的位置。
鏡面反射時(shí)光以一定角度照射到物體表面，同時(shí)會(huì)在法線的另一側(cè)對(duì)稱的角度上反射出去，如果觀察者剛好在反射光線的路徑上那么就會(huì)看到格外強(qiáng)烈的光線。

鏡面反射最終的結(jié)果是物體在從某個(gè)角度看上去會(huì)十分明亮，而移動(dòng)開后這個(gè)光亮又會(huì)消失?，F(xiàn)實(shí)中好的鏡面反射的例子是金屬物體，這些物體有時(shí)候看上去由于太亮了導(dǎo)致看不到他本來的顏色而是直接照向你眼睛的白色的亮光。但這種屬性在其他的一些材料上是沒有的（比如：木頭）。很多東西根本不會(huì)發(fā)光，不管光源從什么角度照射以及觀察者在什么位置。所以，鏡面反射光的存在更取決于反射物體的材料性質(zhì)而不是光源本身。


'I' 是入射光
'N' 是表面法線
'R' 反射光，和入射光'I'關(guān)于法線對(duì)稱，但方向相反
'V' 是從入射光和反射光交點(diǎn)處（入射點(diǎn)）到觀察者眼睛的向量，表示觀察者視線
'α' 反射光'R'和觀察者視線'V'的夾角

我們將使用夾角'α'來對(duì)鏡面反射光現(xiàn)象進(jìn)行建模。有一點(diǎn)可以看出當(dāng)觀察者視線和反射光重合時(shí)（夾角為0），反射光的強(qiáng)度大。觀察者慢慢從反射光'R'移開時(shí)，夾角慢慢變大，而我們希望隨著角度增大反射光要慢慢衰弱。明顯，這里又要使用差積運(yùn)算來計(jì)算夾角'α'的余弦值了，這個(gè)值將作為計(jì)算鏡面反射光公式的反射參數(shù)。當(dāng)'α'為0時(shí)余弦值為1，這是我們反射參數(shù)的大值。隨著夾角'α'增大余弦值慢慢減小，直到夾角達(dá)到90度時(shí)就徹底沒有鏡面反射的效果了。當(dāng)然，夾角大于90度時(shí)余弦值為負(fù)，也沒有任何反射效果，也就是觀察者不在反射光的路徑范圍內(nèi)。

我們要用到'R'和'V'來計(jì)算夾角'α'。'V'可以通過世界坐標(biāo)系中觀察者位置和光的入射點(diǎn)位置的差計(jì)算得到。camera已經(jīng)在世界空間進(jìn)行維護(hù)了，我們只需要將它的位置傳給shader著色器。
另外上面的圖是經(jīng)過簡(jiǎn)化了的模型，光在物體表面只有一個(gè)入射點(diǎn)（事實(shí)上不是，這里只是為了好分析）。
事實(shí)上，整個(gè)三角形都被點(diǎn)亮了（假設(shè)它面向光源），因此我們要計(jì)算每一個(gè)像素的鏡面反射效果（和漫反射光的計(jì)算一樣）。
我們必須要知道每個(gè)像素在世界空間的位置，這個(gè)不難：可以將頂點(diǎn)變換到世界空間，讓光柵器對(duì)像素的世界空間位置進(jìn)行插值并將結(jié)果傳給片段著色器。事實(shí)上，這個(gè)和之前教程中對(duì)法線的處理操作是一樣的。
最后是要使用'I'向量（由應(yīng)用傳給shader）來計(jì)算反射光線'R'。如下圖：

首先要強(qiáng)調(diào)向量沒有起點(diǎn)的概念，所有方向相同且長(zhǎng)度相同的向量都是同一個(gè)向量。
因此，圖中將入射光向量'I'復(fù)制到表面下面位置向量本身是不變的。
目標(biāo)是求向量'R'，根據(jù)向量的加法，'R'等于'I'+'V'。

'I'是已知的，所以我們要求'V'。
注意法線'N'的反向向量為'-N'， 計(jì)算'I'和'-N'的點(diǎn)積可以得到'I'在'-N'上的投影，這也是'V'的模長(zhǎng)度的一半。
另外'V'和'N'的方向是相同的，所以只要用計(jì)算的那個(gè)投影長(zhǎng)度乘以單位向量'N'再乘以2就是向量'V'了。

GLSL提供了一個(gè)叫做'reflect'的內(nèi)部函數(shù)就是做的上面這個(gè)計(jì)算?？梢钥聪旅孢@個(gè)函數(shù)在shader中的用法。這里得出計(jì)算鏡面反射的最終公式：

開始先是將光的顏色和物體表面的顏色相乘，這個(gè)和在計(jì)算環(huán)境光以及漫反射光時(shí)一樣。得到的結(jié)果再和材料的鏡面反射強(qiáng)度參數(shù)（'M'）相乘。如果材料沒有反射性能，比如木頭，那么鏡面反射參數(shù)就為0，整個(gè)公式的結(jié)果也就為0了，而像金屬這種發(fā)光材料鏡面反射能力就會(huì)很強(qiáng)。之后再乘以光線和觀察者視線夾角的余弦值，這也是最后一個(gè)調(diào)整鏡面反射光強(qiáng)度的參數(shù)（'鏡面參數(shù)'或者叫做'發(fā)光參數(shù)'）。

這三個(gè)參數(shù)都是獨(dú)立于光線本身的，因?yàn)楫?dāng)同一束光照到不同的材料上（比如：木頭和金屬）時(shí)會(huì)有不同的反射發(fā)光效果。
目前對(duì)材料屬性的使用模型還是很局限的，同一個(gè)繪制回調(diào)的所有三角形會(huì)得到這些屬性的一樣的值。如果同一個(gè)模型的不同部分的三角形圖元是不同的材料，這樣就不合理了。在后面的教程中講關(guān)于mesh網(wǎng)格的加載時(shí)我們會(huì)在一個(gè)模塊中產(chǎn)生不同的鏡面參數(shù)值并作為頂點(diǎn)緩沖器的一部分（而不是shader的一個(gè)參數(shù)），這樣我們就可以在同一個(gè)繪制回調(diào)中使用不同的鏡面光照參數(shù)來處理三角形圖元。

2，

上面頂點(diǎn)著色器多了最后一行代碼，世界變換矩陣（之前用來變換法線的那個(gè)世界變換矩陣）這里用來將頂點(diǎn)的世界坐標(biāo)傳給片段著色器。

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