基本光照模型

组成

基本方法是把进入摄像机的光线分成4个部分，每个部分分别有一种分发来计算其贡献度

自发光（emissive）：物体本身产生的光
高光反射（specular）：光线从光源照到物体表面反射到眼睛里的光
漫反射（diffuse）：这个部分是光线从光源照到物体表面时，物体向各个方向产生的光。
环境光（ambient）：这个部分用来描述其他间接的光。我觉的可以理解成整体的一个基础颜色

公式

自发光

通常用一个颜色常量表示整体的自发光颜色，或者是采样一张自发光贴图再乘以一个自发光系数

高光反射

分为Phong模型和Blinn-Phong模型，分别是左图和右图。计算高光反射需要知道表面法线、视角方向、光源方向、反射方向

Phong模型代码

float3 r = 2 * dot(normal, clightDir) * normal - clightDir;
float3 v = normalize(cCameraPos - worldPos);
float specular = pow(max(dot(v, r), 0.0), cgloss);
float3 specularColor = cLightColor * cSpecularColor * specular;

Blinn-Phong模型代码

float3 v = normalize(cCameraPos - worldPos);
float3 h = normalize(v + clightDir);
float specular = pow(max(dot(normal, h), 0.0), cgloss);
float3 specularColor = cLightColor * cSpecularColor * specular;

和上面的Phong模型相比，Blinn模型避免了反射方向r的计算，而是引入了一个新的矢量h。相比于计算向量r计算向量h的运算更少，所以现在比较常用的是Blinn-Phong模型

漫反射

一般做法是先采样diffuse贴图，然后根据是否有透贴的需求，对Alpha小于某个值（例如0.5），认为是透明的，进行裁剪。然后进行光照计算

float4 diffuse = tDiffuse.Sample(sDiffuse, iTexCoord.xy);
#ifdef ALPHAMASK
    if (diffuse .a < 0.5)
        discard;
#endif
float4 diffColor = cDiffColor * diffuse;
float diff = max(dot(inormal, clightDir), 0.0);
float4 diffuseColor = cLightColor * diffColor * diff;

环境光

通常用一个颜色常量表示环境光

最终结果

color = emissiveColor + specularColor + diffuseColor + cAmbientColor;

逐像素光照与逐顶点光照

逐顶点光照模型也就是我们常说的高洛德着色（Gouraud shading），而逐像素光照模型则是Phong着色（Phong shading）

两者计算公式其实都是一样的用的上面说的这套计算公式，区别就是一个在顶点着色器里计算，另一个在像素着色器里计算。由于像素个数远比顶点个数多得多，所以Gourand着色性能要明显优于Phong着色。但是Phong效果要优于Gouraud，因为如果是Gouraud，顶点着色器计算完之后像素着色器里拿到的颜色是插值之后的颜色。试想一下一个三角面上的一个像素，由3个顶点插值得出最终颜色。而Phong着色在像素着色器里计算的，可以每个像素根据插值下来的UV去采样贴图，这样结果比较精准。

举个例子，就好比一个有序的整型数组，像素就好比数组里的第几个元素。Gouraud着色就好比，知道第几个元素以及数组长度，然后根据最大值和最小值算一下，value = Min + (Max - Min) * index / length; 而Phong着色，则是直接拿index在数组中对应的元素，如value = nums[index];

此外，与它们平级的还有一个逐多边形着色（Flat shading），对整个三角形只计算一次光照值。通常计算光照的位置为三角形中心，表面法向量为三角形法向量。使用flat着色，物体由多边形构成的本质表露无遗，没有任何光泽可言，所以也基本没人用。

模拟卡通风格

Toon着色(也叫Celshading，卡通着色)是一种非相片感的着色技术，常常被用来模拟手绘风格。它的一个特点就是颜色层次比较明显。

做法就是将计算diffuse用到的余弦值(dot(normal,lightDir)，等价于normal和lightDir夹角的余弦值)，映射到几个固定值。例如值为[0,0.25)的映射成0，[0.25,0.5)映射成0.25，[0.5,0.75)映射成0.5，[0.75,1.0)映射成0.75。这样的话，光照结果就会出现一层层的感觉。

通过下面公式进行映射

cosine = floor( cosine * 4) * 0.25;