光照与着色模型

💡 一个没有光照的 3D 世界——都是平的

没有光照，所有物体只有本身的颜色——看起来像一个扁平的世界。光照让物体有立体感：朝阳面亮、背阴面暗、高光点反射。

着色（Shading） = 计算每个像素的最终颜色。光照模型告诉你：给定光源、材质和观察角度——这个像素应该是什么颜色。

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🔦 Phong 光照模型

Phong 把光照分解为三个独立的部分：

最终颜色 = 环境光 + 漫反射 + 高光（镜面反射）

① 环境光（Ambient）——最基础的均匀照明

没有直接光源时，房间也不是全黑的——光线经过多次反射均匀照亮了物体。

环境光 = Ka × Ia
（Ka：材质的反射系数，Ia：环境光强度）
比如：暗处也有 10% 的底色可见

② 漫反射（Diffuse）——粗糙表面的均匀反射

光线照到粗糙表面——向各个方向均匀反射，从任何角度看都一样亮。

关键：表面越正对光源越亮（兰伯特余弦定律）。

漫反射 = Kd × I × max(0, n·l)
n：表面法线方向
l：指向光源的方向
n·l = cos(θ)：法线和光源方向的点积

当表面正对光源时（θ=0°）：最亮
当表面和光源平行时（θ=90°）：最暗

③ 高光（Specular）——光滑表面的镜面反射

光线照到光滑表面——在反射方向集中反射。从特定角度能看到”亮点”。

高光 = Ks × I × max(0, r·v)^p
r：反射向量
v：视线方向
p：高光指数——越大，高光点越小越亮
（塑料 p≈10，金属 p≈100+）

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🆚 Blinn-Phong——更高效的改进

Blinn-Phong 用半程向量 h 代替反射向量 r：

h = (l + v) / |l + v|    — 半程向量（l 和 v 的中间方向）

Blinn-Phong 高光 = Ks × I × max(0, n·h)^p'

优势：计算量更小，效果接近——是 OpenGL 固定管线的默认光照模型。

Phong：需算 r（反射向量）
Blinn-Phong：只需算 h（l 和 v 加起来归一化）

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🎨 着色频率——从粗糙到精细

方式	方法	效果	性能
Flat Shading	每三角形一个颜色	块状感	最快
Gouraud Shading	每顶点算颜色，像素插值	平滑但高光可能丢失	快
Phong Shading	每像素插值法线再算光照	最真实	最慢

Flat：三角形面 {颜色=A的着色结果}
Gouraud：顶点 {颜色A, 颜色B} → 插值到像素
Phong：顶点 {法线A, 法线B} → 插值法线 → 每个像素算光照

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📝 小结

概念	一句话
环境光	均匀背景照明——让暗处可见
漫反射	粗糙表面——正对光源更亮（n·l）
高光	光滑表面——特定角度反射亮点（h^n）
Blinn-Phong	半程向量代替反射向量——更高效
Phong Shading	每像素插值法线算光照——最真实

为什么先学这个？ 理解了直接光照，接下来看间接光照——阴影与环境光遮蔽。