關于光照模型

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中文名	英文名/縮寫	說明	長什么樣
蘭伯特光照模型	Lambert Lighting	1.蘭伯特反射(Lambert)是最常見的一種漫反射，經驗模型 2.強度僅由L和N的乘積決定，也就是入射光方向和面法線的夾角，如果這個夾角越大、反射越弱，反之越強，現實生活中也是這個道理，很容易理解。 3.代碼：FinalColor=saturate(dot(N,L)); *：saturate(x);//如果x取值小于0，則返回值為0。如果x取值大于1，則返回值為1。若x在0到1之間，則直接返回x的值。
半蘭伯特光照模型	Half-Lambert Lighting	1.Half-Lamber是Valve公司提出來的算法，其為了解決Lambert在背面太暗的問題。經驗模型。 2.為什么蘭伯特在背面會太暗？因為使用了saturate函數，在背面乘值小于0，取0，也就是漫反射強度為0，所以會暗。 3.FinalColor = pow(dot(N,L)*0.5+0.5,2); 4.解析一下公式，先看pow內部，就是把N和L的點乘得到的值從-11映射到01。這樣可能會造成原先亮的地方不那么亮了，暗的地方又顯得太亮了，也就是對比度變低了，于是再做個2次方，把暗的地方壓一下，亮的地方雖然也是壓的（因為都是小于1的值），但是沒有暗的值壓的厲害，相當于整體變暗一點，但是對比度更高。
Phong光照模型	Phong	1.Phong模型用來模擬高光效果。 2. //Phong float3 R = reflect(-L,N); // float3 R = normalize( -L + 2* N* dot(N,L) ); float VR = saturate(dot(V,R)); float NL = saturate(dot(N,L)); float4 Specular = pow(VR,_SpecularPowerValue)*_SpecularScaleValue; float4 Diffuse = NL; FinalColor = Specular + Diffuse; 3.看一下公式，主要是計算高光Specular的部分，它受到視角和反射光線方向的影響，視角和反射光線夾角越小，高光就越強。 4.reflect(-L,N);函數用來計算入射光線以法線為N的表面反射后的出射光線。
Blin-Phong光照模型	Blin-Phong Lighting	1.也是用來模擬高光的經驗模型。 2. //Blin-Phong float3 H = normalize(V+L); float NH = saturate(dot(N,H)); float NL = saturate(dot(N,L)); float4 Specular = pow(NH,_SpecularPowerValue)*_SpecularScaleValue; float4 Diffuse = NL; FinalColor = Specular + Diffuse; 3.H是半程向量，也叫半角向量，是視角方向和入射光方向的中線，Blin-Phong的高光強度由半程向量和面法線的夾角決定，夾角越小，高光越強。 4.和Phong對比，不用計算反射光線方向，性能較好。和Phong相比，高光會大一些、圓滑一些。
環繞光照/包裹光照	Wrap Lighting	1.可以處理物體明暗交界處的顏色 2. float NL = dot(N,L); float NH = dot(N,H); float NLWrap = (NL + _Wrap)/(1 + _Wrap); //add color tint at transition from light to dark //在從明到暗的轉換中添加顏色色調 float scatter = smoothstep(0,_ScatterWidth,NLWrap) * smoothstep(_ScatterWidth2,_ScatterWidth,NLWrap); float specular = pow(saturate(NH),_Shininess); float3 diffuse = max(NLWrap,0) + scatter _ScatterColor; FinalColor.rgb = diffuse + specular; 3.NLWrap有點像之前的半蘭伯特，把diffuse映射到不那么暗的地方，這里的scatter用來計算“邊緣程度”，值越大、也代表越接近明暗交界處。 *：smoothstep(a, b, x); // x<a<b 或 x>a>b 返回0 ,x<b< a 或 x>b>a 返回1 smoothstep與lerp類似，返回 0 和 1 之間平滑的 Hermite 插值。 *：lerp(a,b,w); //(a,b,w)當w為0時返回a,為1時返回b,當w在0-1之間時，比重w將ab進行線性插值，
高洛德著色	Gouraud Lighting	1.簡單來說Gouraud就是在VertexShader而不是在FragmentShader中計算光照的Phong模型。在頂點中計算光照后，再在Fragment中插值。 2.節省性能，但是效果很差。高光和漫反射計算棱角分明，面對較圓滑的模型表現尤其差。
帶狀照明/分段著色	Banded Lighting	1.就是把漫反射分段，之前說的漫反射是平滑過度的，現在把它們隱射到不同的級數里，像條形統計圖那樣。可以用作卡通渲染。 2. //Banded Lighting float NL = (dot(N,L))0.5+0.5; // float _BandedStep = 6; float BandedNL = floor(NL_BandedStep)/_BandedStep; float4 C1 = lerp(_ColorA,_ColorB,BandedNL); float4 C2 = lerp(_ColorB,_ColorC,BandedNL); float4 Diffuse = lerp(C1,C2,BandedNL); // float4 Diffuse = smoothstep(_ColorA,_ColorB,BandedNL); FinalColor = Diffuse; 3.這里先用NL記錄了半蘭伯特計算出來的值，再把它映射到BandedNL里。此案例給了三個用來分段的顏色，先用BandedNL插值出AB間，再插BC間，再插這兩個結果之間。如果只是兩個顏色間分段，只需要一次插值。 *：floor（a）//向下取整
月光模型	Minnaert Lighting	1.Minnaert光照主要是用來模擬月球光照的，其特點是：光照不到的地方一定是全黑的、面法線與視線的夾角越大、看上去也越暗。 2. //Minnaert Lighting float NL = saturate(dot(N,L)); float NV = saturate(dot(N,V)); // float _Roughness = 0.5; float4 Minnaert = saturate(pow(NL*NV,_Roughness)*NV); FinalColor = Minnaert; //公式：Minnaert = (((N.*L)(N.*V))^(_Rough)) * (N.*V)
粗糙度光照（自己起的）	Oren-Nayar Lighting	1.此模型用來描述光在粗糙表面的反射情況，相比于Lambert模型，它考慮了 粗糙度參數，常用來模擬比較粗糙的表面。 2. //Oren-Nayer //粗糙度參數由噪聲圖采樣獲得 float roughness = tex2D(_RoughnessTex,i.uv).r _Roughness; float NL = saturate(dot(N,L)); float NV = saturate(dot(N,V)); float theta2 = roughnessroughness; //A + B約等于1.右邊有函數圖上A下B float A = 1 - 0.5*(theta2/(theta2 +0.33)); float B = 0.45 (theta2/(theta2+0.09)); //反余弦得夾角 float acosNV = acos(NV); float acosNL = acos(NL); //alpha是法線與視線的夾角、法線與光照方向的夾角之間更大的那一個 float alpha = max(acosNV,acosNL); //beta是法線與視線的夾角、法線與光照方向的夾角之間更小的那一個 float beta = min(acosNV,acosNL); //V - NNV 是個綜合了N、V二者夾角經過復雜變換后得到的值，目前無法理解 float gamma = length(V - NNV) * length(L - NNL); float Diffuse = 1; //最終綜合以下影響：環境光、漫反射、粗糙度的復雜計算 float OrenNayer = Diffuse * NL (A+ Bmax(0,gamma)*sin(alpha)*tan(beta)); FinalColor = OrenNayer; //最終效果是：粗糙度越大、約暗，反射的光越弱，但和視角也有一定關系。	這是加了粗糙度貼圖的效果
背光/次表面散射（方法之一）（SSS）	BackLight	1.真實的光照幾乎都包含反射、透射和次表面散射這三種，前兩種以前就了解過，次表面散射的定義是：入射光和出射光在表面的同一側，但入射點和反射點并不在同一個點。因為光線會打入表面內部，在與內部的原子碰撞若干次后反射出來。像玉石等物件，在背光時、邊緣或者薄處比較亮，這種效果就可以用此表面散射來模擬。 2. //WrapLight計算漫反射 float WrapLight = pow(dot(N,L)_WrapValue+(1-_WrapValue),2); //Blin-Phong計算高光 float3 R = reflect(-L,N); float3 H = normalize(V+L); float VR = saturate(dot(V,R)); float NH = saturate(dot(N,H)); float NL = saturate(dot(N,L)); float4 Specular = pow(NH,_SpecularPowerValue)_SpecularScaleValue; float4 Diffuse = WrapLight; //模擬透射現象 float _SSSValue =0.6; //當SSSValue = 0，這個Shift就是光照方向的反方向，這里計算的是片元法線的偏移值 //這里的思想是用一個變量儲存模擬的片元法線變換后的方向，再拿這個方向去計算 float3 N_Shift = -normalize(N*_SSSValue+L);//沿著光線方向上偏移法線，最后在取反 //這里是再用視線方向與偏移后的模擬法線方向計算一次背光強度，視線方向越接近模擬后偏移方向，背光強度越強 float BackLight = saturate(pow(saturate( dot(N_Shift,V)) ,_PowerValue)*_ScaleValue); FinalColor =Diffuse + Specular + BackLight; *：簡單的來說，就是多計算一個背光項，其亮度由NV來計算，但是這個N是處理過的V，是法線往入射光方向偏移一定程度后再取反的法線。 3.對于光照能直接照到的地方，背光應該是不起效的，因為把法線偏向光源后，它與視角的夾角一般會變大，大于90度后值就會小于0了。 4.如果是光照的背面，則是面法線方向與光照方向越接近，背光越亮。	這里是背面
各向異性光照模型	Anisotropic Lighting	1.用來模擬光照下的頭發、帶狀的高光，在各個方向表現不一致的材質。 2. //shift值通過對紋理采樣獲得，為了使頭發高光有上下偏移 float shift = tex2D(_StretchedNoiseTex,i.uv4).r + _ShiftTangent; //用一個變量儲存向法線偏移一定值后的切線，偏移多少由shift決定 float3 T_Shift = normalize( T+ Nshift); //半程向量 float3 H = normalize(V+L); //把偏移后切線當成原先Phong模型的面法線，用來和半程向量計算高光的強度 float dotTH = dot(T_Shift,H); //定義高光段數 float NumberOfStrip =1; //通過拉伸一下Cos的X軸模擬多段高光 float cosTH =cos(dot(T_Shift,H)NumberOfStrip ); //高光強度映射到0~1 float dirAtten = smoothstep(-1,0,dotTH); //計算高光，dirAtten是僅由物體決定的總體的高光強度，與原先基本沒有區別，cosTH段是通過采樣值做多段處理 float Specular = dirAtten * pow(cosTH,_AnisotropicPowerValue)_AnisotropicPowerScale; float WrapLight = dot(N,L)0.5+0.5; float Diffuse = WrapLight; FinalColor = Diffusefloat4(0.7,0.2,0.4,0) +Specular; return FinalColor; *：簡單的來說，做法就是在計算高光的時候，把原先的法線用“向法線偏移一定程度后的切線”代替。一想、確實，這樣原先是高光的地方就因為偏移變得不是高光了，而總有一圈其他地方的會因為切線偏移后剛好和半程向量比較近，就會出現高光。	這里是加了貼圖的效果
		*：上面加灰了的這種說法是片面的，我自己復刻的時候遇到了很大的問題。首先、上面的T_Shift的確是向法線偏移后的切線，但是這不會導致帶狀高光，而是會導致高光位置偏移、形狀扭曲！對于次表面散射的物體，的確需要高光偏移位置合扭曲。真正導致帶狀高光產生的，是CosTH那一項。想象一下，原來整個表面的高光強度被映射到01，此時在cosTH計算的時候，先把高光強度乘以一個指定值，也就是把高光強度映射到0若干，此時超過3.14的部分變成小于0，導致高光強度變為小于0，也就表現為非高光。總之帶狀高光的根本在于Cos函數映射，而高光的扭曲和位移才取決于向法線偏移的切線。 *：SmoothStep項作者應該也寫錯了，應該clamp 0~1 而不是 -1~0，我試了，clamp -1 ~ 0將導致全面變白。