Directx教程(28) 简单的光照模型(7)

       现实生活中的点光源都是随着距离衰减的，比如一个电灯泡在近处会照的很亮，远处光线就很弱。本节中我们在前面光公式的基础上，再给漫反射和高光加上一个衰减因子。

      光源随着距离衰减并不是纯线性的，常用的公式是：

• d 是光源到着色点的距离。
• k_C, k_L, 和 k_Q 分别是常量、线性以及二次衰减系数。

现在在light.ps中，计算光照的代码变成了:

  for ( i = 0; i < NUM_LIGHTS; i++)
  {
    //自发射颜色
    emissive = Ke[i];
   
   //计算环境光
    ambient = Ka[i] * globalAmbient[i];
   
    //计算漫反射光
    //用LightDirection就是纯平行光
    //光源位置减顶点位置
     L = normalize(lightPosition[i].xyz - P);
     d = distance(lightPosition[i].xyz, P);
     //衰减系数
     atte = 1 / (attenuation[i].x + attenuation[i].y * d +attenuation[i].z * d * d);
     diffuseLight = max(dot(N, L), 0);
     diffuse =   Kd[i] * lightColor[i] * diffuseLight * atte ;

     //计算高光
     V = normalize(cameraPosition.xyz - P);
     H = normalize(L + V);
     specularLight = pow(max(dot(N, H), 0), shininess[i]);
 
      if (diffuseLight <= 0)
          specularLight = 0;
      specular = Ks[i] * lightColor[i] * specularLight *  atte;

      finalcolor +=  emissive + ambient + diffuse + specular;
     }

   

     相应的，在lightShaderClass.h中的struct  LightMaterialBufferType，也要做一些变化，增加一个D3DXVECTOR4分量attenuation，它的x，y，z分别表示常量、线性以及二次衰减系数。之所以用D3DVECTOR4,是因为const buffer要求是4的倍数，我曾尝试用3个float，结果程序竟然有编译错误。

…

D3DXVECTOR4 attenuation[NUM_LIGHTS]; //衰减系数，x,y,z对应常量，线性和二次系数

…

    在light.ps中，const buffer  LightMaterialBuffer，也要增加衰减因子，它和LightMaterialBufferType中的attenuation是相对应的。

float4 attenuation[NUM_LIGHTS]; //衰减系数

 

程序执行后的效果如下：

完整的代码请参考：

工程文件myTutorialD3D11_21

代码下载：

https://files.cnblogs.com/mikewolf2002/myTutorialD3D11.zip

    接下来我们再实现一个探照灯（spotlight)的效果,如下图所示，只有在圆锥内角(inner)的范围才是光照能够达到的范围。但是只考虑内角的话，我们的光照会比较生硬，内角圆锥内，有光，内角圆锥外，一片漆黑，所以我们又加了一个外角(outer),对于内角和外角之间的空间，我们使用hlsl的差值函数smoothstep来计算得到一个0-1之间的数值。

light.ps的主要代码：

    下面的函数通过smoothstep计算出spotlight的因子。其中cosInnerCone是内角的余弦值，cosOuterCone是外角的余弦值。如果计算出的cosDirection值大于内角余弦值，则smoothstep值为1，如果cosDirection值小于外角余弦值，则其值为0，对于在这两者之间的值，smoothstep会用多项式差值得到一个0-1之间的值。

//一个计算spot light系数的函数
float dualConeSpotlight(float3 P, float3 lightpos, float3 lightdir, float  cosInnerCone, float cosOuterCone)
{
 
  float3 V = normalize(P - lightpos);
 
  float cosDirection = dot(V, normalize(lightdir));
 
  return smoothstep(cosOuterCone,  cosInnerCone, cosDirection);
}

  for ( i = 0; i < NUM_LIGHTS; i++)
  {
       //自发射颜色
    emissive = Ke[i];
   
    //计算环境光
    ambient = Ka[i] * globalAmbient[i];
   
    //计算漫反射光
    //用LightDirection就是纯平行光,在spotlight情况下代表光的方向

    spotEffect = dualConeSpotlight(P,  lightPosition[i].xyz, lightDirection[i],spotattenuation[i].x, spotattenuation[i].y);

    //光源位置减顶点位置
     L = normalize(lightPosition[i].xyz - P);
     d = distance(lightPosition[i].xyz, P);
     //衰减系数
     atte = 1 / (attenuation[i].x + attenuation[i].y * d +attenuation[i].z * d * d);
     diffuseLight = max(dot(N, L), 0);
     diffuse =   Kd[i] * lightColor[i] * diffuseLight * atte * spotEffect;

     //计算高光
     V = normalize(cameraPosition.xyz - P);
     H = normalize(L + V);
     specularLight = pow(max(dot(N, H), 0), shininess[i]);
 
      if (diffuseLight <= 0)
          specularLight = 0;
      specular = Ks[i] * lightColor[i] * specularLight * spotEffect;

      finalcolor +=  emissive + ambient + diffuse + specular;
     }

     同样的，我们的const buffer LightMaterialBuffer中，增加了

         float4 spotattenuation[NUM_LIGHTS];

     它的x，y分别表示内角和外角余弦值。

     lightShaderClass.h中的材质光照结构中也增加了

        D3DXVECTOR4 spotattenuation[NUM_LIGHTS]; //对于spotlight，x，y分别存储内和外角cos值

程序最终执行效果如下：

完整的代码请参考：

工程文件myTutorialD3D11_22

代码下载：

https://files.cnblogs.com/mikewolf2002/myTutorialD3D11.zip