OpenGL4.0 GLSL 实现逐片元光照模型 提高场景真实性

当计算光照模型（如ADS模型）的时候，通常是在vertex shader中计算每个顶点的颜色值，然后通过这些顶点插值 传入fragment shader中，这些被称为Gouraud shading.

Gouraud shading.模型有一些不尽人意的地方，例如，高光（bright specular highlight）可能在一个polygon的中间，这样通过这种模型计算就会影响高光显示效果。

为了提高渲染结果的准确性，我们可以把计算光照模型的计算 放到fragment shader 中进行，我们通过插值物体表面的顶点和发向 而不是每个顶点的颜色，传递到fragment shader 中进行光照模型计算，这项技术程为：Phong shader 或者是 Phong interpolation 。这样通过phong shader 光照模型可以大大提高场景的真实性，但也会有一些小的瑕疵。

如图：Gouraud and Phong shading 对比



左边是Gouraud （per-vertex) shading，右边是Phong（per-fragment)shading。 在途中可以看出 右边的效果要比左边的效果更真实些。

顶点shader

#version 430

layout (location = 0) in vec3 VertexPosition;
layout (location = 1) in vec3 VertexNormal;

out vec3 Position;
out vec3 Normal;

uniform mat4 ModelViewMatrix;
uniform mat3 NormalMatrix;
uniform mat4 ProjectionMatrix;
uniform mat4 MVP;

void main()
{
    Normal = normalize( NormalMatrix * VertexNormal);
    Position = vec3( ModelViewMatrix * vec4(VertexPosition,1.0) );

    gl_Position = MVP * vec4(VertexPosition,1.0);
}

片元shader

#version 430

in vec3 Position;
in vec3 Normal;

uniform vec4 LightPosition;
uniform vec3 LightIntensity;

uniform vec3 Kd;            // Diffuse reflectivity
uniform vec3 Ka;            // Ambient reflectivity
uniform vec3 Ks;            // Specular reflectivity
uniform float Shininess;    // Specular shininess factor

layout( location = 0 ) out vec4 FragColor;

vec3 ads( )
{
    vec3 s = normalize( vec3(LightPosition) - Position );
    vec3 v = normalize(vec3(-Position));
    vec3 r = reflect( -s, Normal );

    return
        LightIntensity * ( Ka +
          Kd * max( dot(s, Normal), 0.0 ) +
          Ks * pow( max( dot(r,v), 0.0 ), Shininess ) );
}

void main() {
    FragColor = vec4(ads(), 1.0);
}