US3S1L6——Blinn-Phong式高光反射光照模型

Blinn-Phong式高光反射光照模型

公式：

$$高光反射光照颜色 = 光源的颜色 \times 材质高光反射颜色 \times \max(0,\ \overrightarrow{标准化后顶点法线方向} \cdot \overrightarrow{标准化后半角向量方向})^{光泽度}$$

1. $\overrightarrow{标准化后顶点法线方向} \cdot \overrightarrow{标准化后半角向量方向}$ 得到的结果就是 $\cos\theta$
2. $\overrightarrow{半角向量方向} = \overrightarrow{视角单位向量} + \overrightarrow{入射光单位向量}$
3. 光泽度是幂运算，假设光泽度为 $n$ ，相当于：$(max(0,\cos\theta))^n$

• 来历

  通过我们之前知识的学习，我们知道 Phong式高光反射光照模型 是 Phong光照模型 的一部分
  因此很容易推测出Blinn-Phong式高光反射光照模型，
  其实也是Blinn-Phong光照模型的一部分，主要是用于计算高光反射颜色的

  Blinn-Phong光照模型的提出者：吉姆·布林（Jim Blinn，美国计算机科学家）

• 原理:

  Blinn-Phong式高光反射光照模型的理论是：
  它是对Phong式高光反射光照模型的改进，它不再使用反射向量计算镜面反射，而是使用半角向量来进行计算

  半角向量为视角方向和灯光方向的角平分线方向

  ​​

  认为 高光反射的颜色 和 顶点法线向量 以及 半角向量夹角的余弦 成正比
  并且通过对余弦值取n次幂来表示光泽度（或反光度）

Blinn-Phong式高光反射光照模型的公式

公式：

$$高光反射光照颜色 = 光源的颜色 \times 材质高光反射颜色 \times \max(0,\ \overrightarrow{标准化后顶点法线方向} \cdot \overrightarrow{标准化后半角向量方向})^{光泽度}$$

1. $\overrightarrow{标准化后顶点法线方向} \cdot \overrightarrow{标准化后半角向量方向}$ 得到的结果就是 $\cos\theta$
2. $\overrightarrow{半角向量方向} = \overrightarrow{视角单位向量} + \overrightarrow{入射光单位向量}$
3. 光泽度是幂运算，假设光泽度为 $n$ ，相当于：$(max(0,\cos\theta))^n$

Phong和Blinn-Phong的区别

由于两个光照模型中高光反射光照模型的计算方式不一样，从而会带来一些表现上的不同：

1. 高光散射

   Blinn-Phong模型的高光通常会产生相对均匀的高光散射，这会使物体看起来光滑而均匀。

   Phong模型的高光可能会呈现更为锐利的高光散射，因为它基于观察者和光源之间的夹角。
   这可能导致一些区域看起来特别亮，而另一些区域则非常暗。

2. 高光锐度

   Blinn-Phong模型的高光通常具有较广的散射角，因此看起来不那么锐利。

   Phong模型的高光可能会更加锐利，特别是在观察者和光源夹角较小时，可能表现为小而亮的点。

3. 光滑度和表面纹理

   Blinn-Phong模型通常更适合表现光滑的表面，因为它考虑了表面微观凹凸之间的相互作用，使得光照在表面上更加均匀分布。

   Phong模型有时更适合表现具有粗糙表面纹理的物体，因为它的高光散射可能会使纹理和细节更加突出。

4. 镜面高光大小

   Blinn-Phong模型通常产生的镜面高光相对较大，但均匀分布。

   Phong模型可能会产生较小且锐利的镜面高光。

总结下来就是，Blinn-Phong模型的高光更均匀更大，适合光滑表面，Phong模型的高光更锐利更小，适合粗糙表面

性能上，Blinn-Phong模型比Phong模型更快些，因为计算反射角比起直接计算两向量之和计算量更大，因此相对更快

Blinn-Phong式高光反射模型的实现

• 逐顶点光照
• 逐片元光照