📜  基本照明模型(1)

📅  最后修改于: 2023-12-03 15:37:48.973000             🧑  作者: Mango

基本照明模型

基本照明模型(BLM)是计算机图形学中的一个算法,用于确定三维场景中的表面颜色和亮度。这个算法基于拉伯特定律和冯·光照模型,考虑到了三种不同的光照效应:漫反射、镜面反射和环境反射。

拉伯特定律

拉伯特定律指出了光线对于表面的反射率和反射角度的依赖性。该定律规定,表面对于入射角相同的光线,其反射率是不变的。因此,在BLM中,使用拉伯特定律来计算反射光所占比例的大小。

冯光照模型

冯·光照模型将光照效应分解成了三个部分:漫反射(Diffuse)、镜面反射(Specular)和环境光。在BLM中,这三个部分的作用分别如下:

漫反射

漫反射效应指的是光线撞击在表面上时,沿着所有方向反射,并呈现出均匀的效果。漫反射的颜色通常是表面的颜色,其大小取决于光线和表面法线之间的夹角。

镜面反射

镜面反射效应指的是在表面周围形成了一定角度范围内的反光区域,通常呈现出亮度较高的效果。镜面反射的颜色通常是光源的颜色,其大小取决于反射光线和视线方向之间的夹角。

环境光

环境光效应是指投射到场景中的所有光线,均匀地照亮整个场景。环境光的颜色和强度是由场景本身决定的,而不是由特定的光源决定的。

BLM的具体实现

BLM的具体实现首先需要确定表面的颜色和材质属性,包括其漫反射系数、镜面反射系数和光泽度等参数。接下来,需要确定光源的颜色、强度和位置,以及视线方向。

对于每个像素点,BLM将计算其漫反射、镜面反射和环境光的分量,然后将它们相加,得到最终的颜色值。根据所使用的库和语言不同,具体的代码实现也会有所不同。

以下是使用Python语言实现BLM的一个基本代码片段,仅供参考:

import numpy as np

def compute_lighting(point, normal, viewpoint, color, constants):
    ambient = np.multiply(color, constants[0])
    
    diffuse = np.zeros(3)
    specular = np.zeros(3)
    
    for light in constants[1]:
        direction = np.subtract(light['position'], point)
        distance = np.linalg.norm(direction)
        direction = np.divide(direction, distance)
        
        cosine_diffuse = max(np.dot(normal, direction), 0)
        diffuse += np.multiply(np.multiply(color, light['color']), cosine_diffuse)
        
        cosine_specular = np.dot(np.subtract(np.multiply(normal, 2 * np.dot(normal, direction)), direction), viewpoint)
        specular += np.multiply(np.multiply(color, light['color']), pow(max(cosine_specular, 0), constants[2]))
    
    return np.add(np.add(ambient, diffuse), specular)

注意事项: 上述代码片段仅供参考,其具体实现可能因应用场景不同而有所变化。建议开发者在实际开发中根据需要进行适当的修改和优化。