CN112927342B - 一种光照计算方法及固定管线渲染、可编程管线渲染方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光照计算方法及固定管线渲染、可编程管线渲染方法，具体公开了一种改进的Blinn‑Phong光照计算方法，基于此光照计算方法无需添加任何光源即可高效的得到很好的三维渲染可视化效果，可进一步提高图形系统可视化效率，增加图形系统承载三维模型的能力，具有较高的应用推广价值。

Description

一种光照计算方法及固定管线渲染、可编程管线渲染方法
技术领域
本发明涉及三维模型渲染技术，特别是一种光照计算方法及固定管线渲染、可编程管线渲染方法。
背景技术
三维模型可视化渲染时，经典的Blinn-Phong光照计算方法主要由三个分量构成：环境(Ambient)、漫反射(Diffuse)和镜面(Specular)光照。其中，环境光照分量与视点位置、光源及模型法线方向无关，其值一般等于物体颜色与一个很小的常量环境因子的剩积；漫反射光照分量与光源和模型法线方向相关，光源方向与模型法线方向间夹角越小其贡献度越大；镜面光照分量与视点位置、光源及模型法线方向直接相关，光源方向和视线方向的中间向量与模型法线间夹角越小其贡献度越大。可见，在经典Blinn-Phong光照计算方法中，漫反射与镜面光分量与视点位置及光源方向相关性很大，一般为得到较好的三维模型可视化渲染效果，会在场景中加入多个光源，但每增加一个光源就增加一次漫反射与镜面光计算过程，进而降低渲染效率。
发明内容
本发明的发明目的在于：针对现有技术存在的通过经典Blinn-Phong光照计算方法进行渲染需要加入多个光源导致渲染效率低的问题，提供一种光照计算方法及固定管线渲染、可编程管线渲染方法。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种光照计算方法，包括：
S1将三维模型可视化最终渲染颜色分为环境光照、漫反射光照及镜面光照三个分量；
S2环境光分量为模型颜色；
漫反射分量为相机方向与模型法线两个单位向量的点积；
镜面光分量为相机方向和视线方向的中间向量与模型法线两个单位向量的点积，再取其反光度次幂；
S3最终渲染颜色＝环境光分量*环境光强度+漫反射分量*漫反射强度+镜面光分量*镜面光强。
优选的，所述环境光分量：
Ambient＝color*0.1。
其中，color为颜色参数值。
优选的，所述漫反射分量：
Diffuse＝abs(dot(N,C))*color*0.9
其中，N指模型表面法线单位向量，C指相机方向。
优选的，所述镜面光分量：
Specular＝pow(abs(dot(H,N)),32)*color。
其中，H指半程向量。
一种采用了如以上任一项所述光照计算方法的固定管线渲染方法，在固定管线渲染方式中，每帧使用glLightfv()API将环境光照、漫反射光照及镜面光照三个分量传入渲染管线中，进行三维模型渲染。
一种采用了如以上任一项所述光照计算方法的可编程管线渲染方法，在可编程渲染管线中，选择在视图坐标系下计算所述光照计算方法，进行三维模型渲染。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
一种改进的Blinn-Phong光照计算方法，基于此光照计算方法无需添加任何光源即可高效的得到很好的三维渲染可视化效果，可进一步提高图形系统可视化效率，增加图形系统承载三维模型的能力，具有较高的应用推广价值。
附图说明
图1是光照计算方法的流程图。
图2为漫反射分量计算方式的示意图。
图3为镜面光分量计算方式的示意图。
图4为利用本发明的光照计算方法进行渲染的效果图。
图5为利用经典Blinn-Phong光照计算方法进行渲染的效果图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作详细的说明。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
如图1所示，一种光照计算方法，包括：
S1将三维模型可视化最终渲染颜色分为环境光照、漫反射光照及镜面光照三个分量；
S2环境光分量为模型颜色；所述环境光分量：
Ambient＝color*0.1。
其中，color为颜色参数值。
如图2，漫反射分量为相机方向与模型法线两个单位向量的点积；所述漫反射分量：
Diffuse＝abs(dot(N,C))*color*0.9
其中，N(Normal vector)指模型表面法线单位向量，C(Camera direction)指相机方向(相机目标点指向相机位置)。
如图3，镜面光分量为相机方向和视线方向的中间向量与模型法线两个单位向量的点积，再取其反光度次幂；所述镜面光分量：
Specular＝pow(abs(dot(H,N)),32)*color。
其中，S(Sight direction)指视线方向(模型位置指向相机位置)，H(Halfvector)指半程向量(相机方向与视线方向的中间向量)。
S3最终渲染颜色＝环境光分量*环境光强度+漫反射分量*漫反射强度+镜面光分量*镜面光强。
利用本发明的光照计算方法进行渲染的效果图如图5所示，利用经典Blinn-Phong光照计算方法进行渲染的效果图如图4所示，可以看出在不增加光源的情况下，本发明的光照计算方法的渲染效果更好。
实施例2
本实施例2与实施例1的区别在于，采用了实施例1的光照计算方法进行固定管线渲染，在固定管线渲染方式中，每帧使用glLightfv()API将环境光照、漫反射光照及镜面光照三个分量传入渲染管线中，具体如下：
glLightfv(GL_LIGHT0,GL_AMBIENT,{0.1,0.1,0.1,1.0})；
glLightfv(GL_LIGHT0,GL_DIFFUSE,{0.9,0.9,0.9,1.0})；
glLightfv(GL_LIGHT0,GL_SPECULAR,{1.0,1.0,1.0,1.0})；
glLightfv(GL_LIGHT0,GL_POSITION,cameraDirection)。
若渲染时，相机视图矩阵为viewMatirx，则
cameraDirection.x＝-viewMatirx[8]；
cameraDirection.y＝-viewMatirx[9]；
cameraDirection.z＝-viewMatirx[10]；
cameraDirection.z＝0.0。
基于此光照计算方法进行固定管线渲染，可进一步提高图形系统可视化效率，增加图形系统承载三维模型的能力。
实施例3
本实施例3与实施例1的区别在于，一种采用了如实施例1的光照计算方法进行可编程管线渲染，在可编程渲染管线中，选择在视图坐标系下计算所述光照计算方法(在视图坐标系下，相机位置为(0,0,0)点，相机方向为(0,0,1.0))，具体GLSL代码如下：
Figure BDA0002947155390000051
Figure BDA0002947155390000061
基于此光照计算方法进行可编程管线渲染，可进一步提高图形系统可视化效率，增加图形系统承载三维模型的能力。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种光照计算方法，其特征在于，包括：
S1将三维模型可视化最终渲染颜色分为环境光照、漫反射光照及镜面光照三个分量；
S2环境光分量为模型颜色；
漫反射分量为相机方向与模型法线两个单位向量的点积；
镜面光分量为相机方向和视线方向的中间向量与模型法线两个单位向量的点积，再取其反光度次幂；
S3最终渲染颜色＝环境光分量*环境光强度+漫反射分量*漫反射强度+镜面光分量*镜面光强。
2.根据权利要求1所述的，其特征在于，所述环境光分量：
Ambient＝color*0.1
其中，color为颜色参数值。
3.根据权利要求2所述的，其特征在于，所述漫反射分量：
Diffuse＝abs(dot(N,C))*color*0.9
其中，N指模型表面法线单位向量，C指相机方向单位向量。
4.根据权利要求3所述的，其特征在于，所述镜面光分量：
Specular＝pow(abs(dot(H,N)),32)*color
其中，H指半程向量。
5.一种采用了如权利要求1-4任一项所述光照计算方法的固定管线渲染方法，其特征在于，在固定管线渲染方式中，每帧使用glLightfv()API将环境光照、漫反射光照及镜面光照三个分量传入渲染管线中，进行三维模型渲染。
6.一种采用了如权利要求1-4任一项所述光照计算方法的可编程管线渲染方法，其特征在于，在可编程渲染管线中，选择在视图坐标系下计算所述光照计算方法，进行三维模型渲染。
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