光照模型 Lighting Model

September 10, 2020About 1 min

局部光照模型将光照分解为若干分量，分别计算后叠加，以近似真实光照效果。

标准 Blinn-Phong 模型

Blinn-Phong 是实时渲染中最常用的经验光照模型，由三个分量构成：

模拟间接光照，给场景中所有表面一个基础亮度，防止完全背光面变成纯黑：

L_{a} = k_{a} \cdot I_{a}

其中 $k_{a}$ 为环境光系数， $I_{a}$ 为环境光强度。

基于 Lambert 余弦定律：光线与法线夹角越大，表面接收到的辐射量越少，与视角无关：

L_{d} = k_{d} \cdot \frac{I}{r^{2}} \cdot max (0, \hat{n} \cdot \hat{l})

Blinn-Phong 用半程向量 $\hat{h}$ 代替反射向量，计算更高效：

\hat{h} = \frac{\hat{l} + \hat{v}}{| \hat{l} + \hat{v} |}

L_{s} = k_{s} \cdot \frac{I}{r^{2}} \cdot max (0, \hat{n} \cdot \hat{h})^{p}

L = L_{a} + L_{d} + L_{s}

Blinn-Phong 是经验模型，不满足能量守恒，无法准确模拟金属等材质。现代渲染通常使用基于物理的渲染（PBR / BRDF）替代——材质侧见 Disney BRDF 材质模型，光源侧见 PBR 光源模型。