HLSL Shader 中正确计算漫反射贡献

顶点和像素 Shader 已经发布很多年了，固定流水线也已弃用数年，但论坛中仍然有很多关于如何正确计算光照的漫反射贡献的问题。 这篇论文 提供了关于该问题的很好的教程，并包含一个模拟固定流水线行为的完整 Shader。 但是，在这里我们将看到如何执行基本的计算，以防您不需要模拟完整的流水线。

首先是编写一些 D3D9 代码，允许您使用相同的参数在旧的固定流水线和您自己的 Shader 之间切换。 这样，您可以轻松找到光照计算中的任何行为差异。 您可以阅读更多关于 D3D9 固定流水线如何计算光照的信息，请访问 此页面。

编写 Shader 时，人们倾向于像这样计算漫反射贡献：

Out.Color = (materialAmbient * lightAmbient) + (materialDiffuse * lightDiffuse * dot(Normal, L));

其中 L 是从顶点位置（在世界坐标系中）到光照的向量。

除了不进行镜面或发射计算（这在许多情况下可能不是必需的，具体取决于您的场景）之外，该方法还存在一些错误

1. 您不希望点积返回负值，因为它会错误地使颜色变黑。 因此，您需要使用 saturate 运算符将其限制在 0..1 范围内：saturate(dot(Normal, L))
2. 为了获得与固定流水线相同的结果，您应该包括衰减计算，因为它们会根据被照点和光源之间的距离来修改光照强度。 衰减（与它的名字相反），不仅会衰减光照，而且在某些情况下还可以增加强度。（请参阅下文如何正确计算衰减因子）
3. 一旦您计算了衰减，您应该从先前的方程中删除 materialDiffuse 因子，因为您不希望它也被衰减。 您将在整个光照贡献被正确计算和衰减后，稍后应用它。

牢记这 3 点，顶点 Shader 中的最终计算将是：

    float4 LightContrib = (0.f, 0.f, 0.f, 0.f);       
    float fAtten = 1.f;       
      
    // 1.- First, we store the total ambient light in the scene
    // (multiplication of material_ambient, light_ambient, and any other global ambient component)       
    Out.Color = mMaterialAmbient * mLightAmbient;       
      
    // 2.- Calculate vector from point to Light (both normalized and not-normalized versions, 
    // as we might need to calculate its length later)       
    float pointToLightDif = mLightPos - P;       
    float3 pointToLightNormalized = normalize(pointToLightDif);       
     
    // 3.- Calculate dot product between world_normal and pointToLightNormalized       
    float NDotL = dot(Nw, pointToLightNormalized);         
    if(NDotL > 0)       
    {       
        LightContrib = mLightDiffuse * NDotL * mLightDivider;      
             
        float LD = length(pointToLightDif);         
        if(LD > mLightRange)       
            fAtten = 0.f;       
        else       
            fAtten = 1.f/(mLightAtt0 + mLightAtt1*LD + mLightAtt2*LD*LD);       
         
        LightContrib *= fAtten;       
    }       
    Out.Color += LightContrib * mMaterialColor;       
    Out.Color = saturate(Out.Color);

比较

第一张图片是可编程版本。 您可以通过窗户上的反射略微看出它。

第二张图片是固定流水线版本（窗户上没有实时反射）