C# 中的基本照明模型

• 下载源代码 - 4.2 KB
• 下载最新文件

环境光	漫反射	镜面反射
环境光 + 漫反射	漫反射 + 镜面反射	环境光 + 漫反射 + 镜面反射

引言

在我之前的文章 C# 中的简单光线追踪 中，我们看到了如何使用简单的光线追踪算法来显示球体。 现在，我们将从最后一点开始，并使用基本的光照模型。

根据定义，我们有三种类型的光

• 环境光
• 漫反射
• 镜面反射

环境光

它被认为是环境中分布的光，它对全局光照有贡献，与光的位置、物体或观察者无关。

漫反射

它是其贡献取决于其入射角的光。 漫反射光可以向各个方向反射。

镜面反射

镜面光代表物体中的亮点； 反射率越高，亮点越小。

背景

要继续使用光照算法，我们需要获取要建模的材料的环境光、漫反射和镜面反射常数； 例如，这里我们使用黄铜常数，它们是

K	环境光	漫反射	镜面反射
红	0.329412	0.780392	0.992157
绿	0.223529	0.568627	0.941176
蓝	0.027451	0.113725	0.807843

指数 27.8974

所使用的光线追踪算法与您在 C# 中的简单光线追踪 中看到的一样，并改进了基本的光照模型。

方程

光源定义为具有 (v_x,v_y,v_z) 方向向量的 R³ (x,y,z) 点。

观察者定义为具有 (v_x,v_y,v_z) 方向向量的 R³ (x,y,z) 点。

Theta 定义为光线与表面上交点 P 处的法向量之间的夹角。

Phi 定义为在表面上交点 P 处反射光线与观察者光线到同一 P 点之间的夹角。

球体方程

• r² = (x-cx)²+(y-cy)²+(z-cz)²

给定像素上的光照

• I_环境光 = I * K_环境光
• I_漫反射 = I * K_漫反射 * cos(theta)
• I_镜面反射 = I * K_镜面反射 * cos(phi)ⁿ
• I = I_环境光 + I_漫反射 + I_镜面反射

反射计算

• i' = i - (2 * n * dot(i, n))

其中

• i = 入射光线
• n = 交点处的法线
• i' = 反射光线

代码

...
if (spherehit != null)
     {
     double intersx  = px + t * vx, intersy = py + t * vy,
                       intersz = pz + t * vz;
     double vNormalX = intersx - spherehit.cx,
                       vNormalY=intersy - spherehit.cy,
                       vNormalZ=intersz - spherehit.cz;
     double cost     = tAlgebra.GetCosAngleV1V2(lvx, lvy, lvz, vNormalX,
                       vNormalY, vNormalZ);
     if (cost < 0) cost = 0;

     double vReflX = 0, vReflY = 0, vReflZ = 0;
     double vEye2IntersX = px - intersx, vEye2IntersY = py - intersy,
                           vEye2IntersZ = pz - intersz;

     tAlgebra.Reflect(lvx,lvy,lvz, vNormalX,vNormalY,vNormalZ,ref vReflX,
                      ref vReflY, ref vReflZ);
     double cosf = tAlgebra.GetCosAngleV1V2(vReflX, vReflY, vReflZ,
                   vEye2IntersX, vEye2IntersY, vEye2IntersZ);
     if (cosf < 0) cosf = 0;

     double result1 = cost * 255.0;
     double result2 = Math.Pow(cosf, spherehit.shininess) * 255.0;
     double rgbR = (spherehit.ambientR * 255.0)+(spherehit.diffuseR *
                    result1) + (spherehit.specularR * result2);
     double rgbG = (spherehit.ambientG * 255.0) +(spherehit.diffuseG *
                    result1) + spherehit.specularG * result2);
     double rgbB = (spherehit.ambientB * 255.0) +(spherehit.diffuseB *
                    result1) + (spherehit.specularB * result2);
     rgbR = Math.Min(rgbR, 255);
     rgbG = Math.Min(rgbG, 255);
     rgbB = Math.Min(rgbB, 255);
     color = Color.FromArgb((int)rgbR, (int)rgbG, (int)rgbB);
     ...
     }
...