15.Phong光照模型必备知识点

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发布时间 : 2024-10-10 21:05

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15.光照模型-综合光照模型-Phong光照模型-必备知识点
1. 15.1 知识点
2. 15.2 知识点代码

15.光照模型-综合光照模型-Phong光照模型-必备知识点

15.1 知识点

两个颜色相加

在学习兰伯特光照模型时，我们了解到两个颜色相乘的概念。它的作用是将两个颜色叠加在一起，通过各自的RGBA值相乘得到一个新的颜色。
两个颜色相加和两个颜色相乘的区别：
- 颜色相乘的效果是最终颜色会往黑色靠拢。当我们在计算两个颜色混合时，通常使用颜色相乘，因为在现实世界中，多个颜色混合后会趋向黑色。
- 颜色相加的效果是最终颜色会往白色靠拢。在计算光照反射时，通常使用颜色相加，因为颜色向白色靠拢会带来更亮的视觉效果，更符合光线的表现。

Unity Shader中的环境光

在学习兰伯特和半兰伯特光照模型时，我们在计算完漫反射光照后，添加了一个环境光变量 UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT。其实，这个环境光变量是可以在Unity中进行设置的。

设置环境光方法：
- 在Unity中，打开菜单：Window -> Rendering -> Lighting。
- 在Environment（环境）页签中，找到Environment Lighting（环境光）设置。
- 你可以在这里选择环境光的来源：
  - 如果选择Skybox或Color，我们可以通过UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT获取到对应的环境光颜色。
  - 如果选择Gradient（渐变），我们可以通过以下三个成员变量得到相应的环境光：
    - unity_AmbientSky（天空环境光）
    - unity_AmbientEquator（赤道环境光）
    - unity_AmbientGround（地面环境光）

注意：这些内置变量都包含在 UnityShaderVariables.cginc 文件中，在编译时自动包含，无需手动引入。

Phong光照模型的来历和原理

来历：
Phong光照模型由裴祥风（Bui-Tuong Phong，越南裔美国计算机学家）提出于1975年。这是一种局部光照经验模型，旨在更好地模拟光照效果。

原理：
裴祥风认为物体表面的反射光线是由三部分组成的：

环境光
漫反射光
镜面反射光（高光反射光）

Phong光照模型的公式

Phong光照模型的计算公式如下：

物体表面光照颜色 = 环境光颜色 + 漫反射光颜色 + 高光反射光颜色

其中：

环境光颜色 = UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT（结合unity_AmbientSky、unity_AmbientEquator、unity_AmbientGround）
漫反射光颜色 = 兰伯特光照模型计算得到的颜色
高光反射光颜色 = Phong式高光反射光模型计算得到的颜色

总结

Phong光照模型最终公式：

物体表面光照颜色 = 环境光颜色 + 兰伯特光照模型所得颜色 + Phong式高光反射光模型所得颜色

15.2 知识点代码

using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using UnityEngine;

public class Lesson15_光照模型_综合光照模型_Phong光照模型_必备知识点 : MonoBehaviour
{
    void Start()
    {
        #region 知识点一 两个颜色相加

        //我们在学习兰伯特光照模型时了解了两个颜色相乘
        //它的作用是让两个颜色叠加在一起
        //用两个颜色的RGBA值各自相乘得到一个新的颜色    

        //而两个颜色相加的作用 同样是让两个颜色叠加在一起
        //它和两个颜色相乘的区别是：
        //相乘: 颜色相乘时，最终颜色会往黑色靠拢
        //      计算两个颜色混合时一般用颜色相乘
        //      因为真实世界中多个颜色混在一起最终会变成黑色

        //相加: 颜色相加时，最终颜色会往白色靠拢
        //      计算光照反射时一般用颜色相加，因为向白色靠拢能带来 更亮的感觉，复合光的表现

        #endregion

        #region 知识点二 Unity Shader中的环境光

        //我们在学习兰伯特和半兰伯特光照模型时
        //在计算完漫反射光照后，加上了一个环境光变量 UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT
        //那么这个环境光变量其实是可以在Unity中进行设置的

        //Window——>Rendering——>Lighting
        //Environment(环境)页签中的Environment Lighting(环境光)
        //这里可以设置环境光来源
        //当是Skybox和Color时，我们可以通过 UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT 获取到对应环境光颜色
        //当是Gradient（渐变）时，通过以下3个成员可以得到对应的环境光
        //  unity_AmbientSky（周围的天空环境光）
        //  unity_AmbientEquator（周围的赤道环境光）
        //  unity_AmbientGround（周围的地面环境光）

        //注意：
        //这些内置变量都包含在 UnityShaderVariables.cginc 中
        //在编译时，会自动包含该文件，可以不用手动包含

        #endregion

        #region 知识点三 Phong光照模型的来历和原理

        //来历：
        //Phong光照模型我们之前提到过
        //它是由裴祥风（Bui-Tuong Phong，越南裔美国计算机学家）
        //在1975年时，提出的一种局部光照经验模型

        //原理：
        //裴祥风认为物体表面反射光线是由三部分组成的
        //环境光 + 漫反射光 + 镜面反射光（高光反射光）

        #endregion

        #region 知识点四 Phong光照模型的公式

        //Phong光照模型公式：
        //物体表面光照颜色 = 环境光颜色 + 漫反射光颜色 + 高光反射光颜色
        //其中：
        //环境光颜色 = UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT(unity_AmbientSky、unity_AmbientEquator、unity_AmbientGround)
        //漫反射光颜色 = 兰伯特光照模型 计算得到的颜色
        //高光反射光颜色 = Phong式高光反射光照模型 计算得到的颜色

        #endregion

        #region 总结

        //Phong光照模型公式：
        //物体表面光照颜色 = 环境光颜色 + 兰伯特光照模型所得颜色 + Phong式高光反射光照模型所得颜色

        #endregion
    }
}

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