计算机图形学中的 Phong 模型(镜面反射)

在计算机图形学中，Phong 模型是一种用于计算光照的方法，其中包括漫反射、镜面反射和环境光反射。本文将重点介绍 Phong 模型中的镜面反射部分。

镜面反射

镜面反射是指光线向表面法线方向反射时所产生的反射光。针对镜面反射的计算，Phong 提出了以下公式：

R = 2(N·L)N - L
V · R ^ a

• N 是表面法线
• L 是入射光线方向
• V 是视线方向
• a 是光泽系数

镜面反射的计算需要入射光线方向、视线方向和表面法线方向。入射光线方向是由光源到光照表面的向量；视线方向是由观察者到表面的向量。图形学中通常采用右手坐标系，其中将观察者放在原点、表面法线指向正方向，计算入射光线方向和视线方向。

实现

在实现 Phong 模型的过程中，我们需要计算每个像素点的入射光线方向、视线方向和表面法线方向。在计算完镜面反射后，将其与漫反射和环境光反射的结果相加，即可得到该像素点的最终颜色值。

下面是一个简单的实现例子：

def phong_model(light, view, normal, color, specular, shininess):
    # 计算入射光线方向
    light_dir = light - position
    light_dir = normalize(light_dir)

    # 计算视线方向
    view_dir = view - position
    view_dir = normalize(view_dir)

    # 计算反射光线方向
    reflect_dir = reflect(-light_dir, normal)
    
    # 计算镜面反射
    specular_color = color * specular * (max(dot(reflect_dir, view_dir), 0) ** shininess)
    return specular_color

在上面的代码中，我们传入了入射光线方向、视线方向、表面法线方向、颜色值、光泽系数和光泽度，将计算结果赋值给了 specular_color。

总结

Phong 模型提供了一种计算光照的方法，其中镜面反射是其重要的一部分。在计算镜面反射时，需要计算入射光线方向、视线方向和表面法线方向。在图形学中的应用非常广泛，可以用于计算光照、反射和阴影等效果。