高光着色器¶
参考
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高光着色器用于光泽表面的亮斑效果,模拟对光源的反射。与 漫射着色 不同的是,高光反射 依赖观察点 。根据斯涅尔定律,照射到光泽表面的光线的入射角与反射角(相对于表面法向)相等,这就使得观察角度非常重要了。
Tip
不是镜射!
It is important to stress that the specular reflection phenomenon discussed here is not the reflection we would see in a mirror, but rather the light highlights we would see on a glossy surface. To obtain true mirror-like reflections you would need to use the internal ray tracer.
通用选项¶
各高光着色器共用以下通用选项:
- 高光色
- 高光的颜色
- 强度
- 高光反射的强度,或者说亮度,取值范围 [0-1]。
- 渐变
- 用于为 材质 设置高光色范围,并定义其在表面的变化方式。具体参见 Ramps 。
因此,一个材质至少有两种不同颜色,漫射颜色和高光色。高光色通常设置为纯白(与光源的 纯白色 一样),不过也可以设置为不同的值,以产生各种效果(例如,金属往往会有彩色高光)。
技术细节¶
现实中,漫射和高光的效果都是光线散射过程中产生的,不过却并非一回事。漫射其实是小范围的次表面散射。
Imagine that a surface is made up of extremely microscopic semitransparent, reflective facets. The sharpness of Specular reflection is determined by the distribution of the angle of these microfacets on the surface of an object. The more deep and jagged these facets are, the more the light spreads when it hits the surface. When these facets are flatter against the "macrosurface", the surface will have a tighter reflection, closer to a mirror. This is a condensed explanation of the generally accepted microfacet theory of reflectance, which is the basis of all modern BRDFs, or shading models.
由于这些微面元是透明的,一些光线进入表面并发生漫射。多数情况下,返回的光线大致接近兰伯特漫射,意味着沿各方向均匀传播。光线同时还被表面的色素削弱,因此产生了我们所看到的漫射现象与物体的颜色。
注意,在掠射角,表面的反射率始终为1。
如果对这种关系难以理解,试着想象有一个球(厘米级):如果将它扔向一面碎石墙(分米级别的粗糙度),它将每次都朝不同的方向反弹,你很快就接不住它了!另一方面,如果将它扔向一面光滑的混凝土墙(毫米级比的粗糙度),你可以很轻松地预见其反弹方向,这遵守的定律与光线反射(或多或少)是一样的。
库克-托伦斯¶
参考
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库克-托伦斯是一个基础的高光着色器,多用于产生光亮的塑料表面。它是冯着色器的轻微优化版本。罗伯特 L. 库克 (卢卡斯影业) 和 肯尼思 E. 托伦斯 (康奈尔大学) 在他们 1982的论文 计算机图形学的反射模型 (PDF)中,描述了 "一种用于渲染计算机合成图像的新反射模型",并将其用于模拟金属和塑料。
选项¶
- 硬度
- 高光亮斑尺寸。
冯氏¶
参考
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Phong is a basic shader that is very similar to Cook-Torr, but is better for skin and organic surfaces. Bui Tuong Phong (1942-1975) was a Vietnamese-born computer graphics pioneer that developed the first algorithm for simulating specular phenomenon. His model included components not only for specular lighting, but also diffuse and ambient lighting.
选项¶
- 硬度
- 高光亮斑尺寸。
Tip
星球大气层
由于其模糊的特性,该着色器很适合用于星球大气层。在星球周围添加一个稍大的球体,对其使用冯氏高光着色器。设置一个非常低的alpha(0.05),0漫射,低硬度(5),但是强高光(1)。
宾氏¶
参考
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宾氏是更加 '物理' 的高光着色器, 经常和奥伦-纳亚尔漫射着色器一起使用。由于相对前述着色器,它增加了第四个选项 折射率 ,所以可控性更好。 詹姆斯 F. 布林 在NASA的喷气推进实验室工作,因参与卡尔 萨根的电视纪录片 宇宙 而广为人知。 在他1977发表的论文 计算机合成图片的光线反射模型 (PDF)描述的模型中,包括了高光强度随光线方向发生变化,以及更准确地在表面定位高光。
选项¶
- 硬度
- Size of the specular highlight. The Blinn shader is capable of much tighter specular highlights than Phong or Cook-Torr.
- IOR 折射率
- '折射率' 。实际上,该参数并非用于计算光线穿透材质的折射(这需要光线追踪器), 而是用于准确计算高光反射强度和扩展斯涅耳定律。
华德各向异性¶
参考
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华德各项异性是一个灵活的高光着色器,可以用于金属或塑料材质。
- 格里高利 J. 华德
- 他建立了一个相对简单的模型,该模型遵循大多数基本物理定律。在他1992年的论文 "各向异性反应的测量与建模" 中,华德引入了 双向反射分布函数(BRDF) ,因其使用的几个参数易于控制,自此之后被广泛应用于计算机图形学。该模型可以同时表示各项同性表面 (与光线反向无关) 和各向异性表面 (方向相关)。在Blender中,华德高光着色器仍然叫作 "华德各向同性" ,但其实是各项异性。(PDF)(注:UI菜单英文原文为"Ward Isotropic",即"华德各向同性")。