opengl设置面片法向信息

内容如下：

1、 Phong、Blinn-Phong光照模型是一种简单光照模型，它仅考虑了光源直接照射的效果，没有考虑非直接光照的效果。如下直接光照与间接光照。

2、上述模型在考虑间接光照（环境光）时，采用的是一个常数来表示，因此存在一定的局限性。全局光照模拟（Global illumination，GI）= 直接光照 + 间接光照。为了实时计算光照，引入了很多间接光照的计算方法，光线跟踪算法，考虑了光滑表面对环境光的反射和折射。

本文同时发布在我的个人博客上： https://dragon_boy.gitee.io

  这一章我们使用之前讲解过的PBR理论进行使用直接光源(点光源、平行光、聚光灯等)的光照渲染。

  先给出反射方程:

  通过上面的点光源的理论，我们还可以拓展到平行光和聚光灯，比如平行光的入射光方向 是一个常量，不考虑光的衰减；聚光灯的辐射强度不是一个常量，会通过聚光等的方向向量进行缩放。

  我们首先根据前面的理论在片元着色器中实现PBR模型，首先，设置相关输入变量和uniform变量：

  接着计算法线和观察方向：

  这里我们将使用4个点光源来照亮场景，我们首先遍历每个光源，计算单独的辐射率，接着通过BRDF和光的入射角缩放，最后合并起来。在循环中，我们先计算好每个光源公用的变量：

  由于我们在线性空间计算光照，我们通过平方反比定律来衰减光照（物理正确）。

  接着对每个光源我们使用 Cook-Torrance BRDF：

  不过首先我们要计算反射和折射的比例，这通过菲涅尔等式计算：

  菲涅尔等式将基本反射率 作为参数。

  在main函数中，我们首先将基本反射率定位0.04，这适用于大多数的非金属材质，接着我们根据设置的金属度与表面颜色进行混合，以达到金属和非金属之间的切换，接着用上述菲涅尔等式计算反射的比例：

  计算完反射的部分后，还剩下D和G，即发现分布函数和几何函数。

  在PBR理论那一章介绍过D和G的实现：

  接着在循环中计算NDF和G的部分：

  接着计算BRDF：

  注意我们将分母控制在0.001内，以免分母为0。

  在反射方程中，我们将菲涅尔等式的结果F作为反射比率 ，我们可以根据这个计算折射比率 ：

  由于我们不考虑金属表面的折射，所以我们*=1-metallic来消除金属部分的折射。

  最后，就可以计算每个光源的反射率，并逐一相加得到反照率：

  最后输出颜色的时候记得加上环境光：

  在上面的计算中我们都是在线性空间中进行的，所以我们需要进行伽马矫正。在之前讲解AO时，我们知道它本身是一个超出LDR范围的值，即HDR范围，如果单纯的截取LDR的范围的话，AO值会很高，所以在进行伽马矫正前需要先将其通过色调映射合理的转化到LDR的范围：

  最后，完整的片元着色器如下：

  下面是使用这个片元着色器渲染的一些例子(4个光源，拥有不同金属度和粗糙度的一些球体)：

  若要在PBR流程中使用纹理，我们需要将albedo、normal、metallic、roughness、ao这些参数使用纹理采样：

  注意到albedo颜色纹理大多数时候是在sRGB空间制作的，所以我们首先将其转化到线性空间（注意！PBR必须在线性空间计算光照，否则结果不准确），AO图也可能在sRGB空间进行制作的，所以按情况判断。

  下面是使用一些纹理的PBR光照例子：

着色器的输出没有了镜面光照效果，对所有的顶点都进行了高亮照明。于是进行了着色器调试，最终发现居然是变量数据类型的问题。

着色器中材质结构体的定义如下：

struct MaterialInfo

{

vec3 Ka

vec3 Kd

vec3 Ks

float Shininess

}

uniform MaterialInfo Material

在C++程序中，Material.Shininess值的设置如下：

program.setUniform("Material.Shininess", 200)

传到OpenGL端的Shininess的值200是int型变量！而在着色器中定义的是float型变量！将200修改为200.0f后，镜面光照就变回来了。

原因：在应用程序端将数据传递到着色器时，是进行内存复制，但定点数和浮点数的内存表示不一样，所以传递到着色器的数据不是预期值。

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