OpenGL ES for Android（光照贴图)

简介

现实世界的物体各种各样，不同物体会对光产生不同的反应。陶瓷，铁片之类的物体会比墙壁，木柜的反射更强。想要模拟现实世界的光照效果就要了解物体对光线的反应效果。在我们的着色器代码中，我们定义一个结构体：Material，来表示材质。在上一节中，我们指定了一个物体和光的颜色，以及结合环境光和镜面强度分量，来定义物体的视觉输出。当描述一个物体的时候，我们可以用这三个分量来定义一个材质颜色(Material Color)：环境光照(Ambient Lighting)、漫反射光照(Diffuse Lighting)和镜面光照(Specular Lighting)，再加上反光度(Shininess)来表示物体对光线的反应。

漫反射贴图

现在我们使用纹理来代替前面的纯色实现立方体的面，然后显示光照的效果。我们使用下面这样一幅图片来作为立方体的面，

这样显示出来的效果应该类似一个木箱。我们修改上篇的代码，在材质结构图中，把diffuse定义为sampler2D，并去掉ambient，且不再定义物体的颜色：

  struct Material {
      sampler2D diffuse;
      vec3 specular;
      float shininess;
  };

计算结果时使用纹理的像素颜色（不包括透明度）来计算：

    // 环境光照
    vec3 ambient = light.ambient* texture2D(material.diffuse, TextCoord).rgb;
    // 漫反射光照
    // 归一化光源线
    vec3 lightDir = normalize(light.position - fragPos);
    float diff = max(dot(norm, lightDir), 0.1);
    vec3 diffuse = diff * light.diffuse * texture2D(material.diffuse, TextCoord).rgb;
 
    // 镜面光照
    vec3 viewDir = normalize(-fragPos);
    vec3 reflectDir = reflect(-lightDir, norm);
    float spec = pow(max(dot(viewDir, reflectDir), 0.1), material.shininess);
    vec3 specular = spec * light.specular * material.specular;
    // 结果，使用ambient,diffuse,specular相加则为结合的效果
    vec3 result = ambient + diffuse + specular;
 
    gl_FragColor = vec4(result, 1.0);

此时光照的效果图如下：

镜面光贴图

这时已经非常接近现实世界的物体光照效果了，但是我们看到箱子每个点的光照效果都相同，但是事实上应该不相同。我们看到箱子的中间部分是木头，周围的边框是钢铁，钢铁的反射是比木头的反射大得多的，此时我们需要引入镜面光贴图。先看下使用的贴图图片：

先看下使用的贴图图片，使用这张图片的像素点计算时，黑色的部分没有反光，越是接近白色反光越大(实际上木头也有反光度的，这里我们暂时设置为黑色了，也可以自己把黑色ps为灰色的测试）。在代码方面，同样的我们定义specular为sampler2D，在计算镜面光照时使用我们的镜面贴图计算，关键代码如下：

  struct Material {
      sampler2D diffuse;
      sampler2D specular;
      float shininess;
  };
  ...
  void main() {
      // 环境光照
      vec3 ambient = light.ambient* texture2D(material.diffuse, TextCoord).rgb;
      // 漫反射光照
      // 归一化光源线
      vec3 lightDir = normalize(light.position - fragPos);
      float diff = max(dot(norm, lightDir), 0.0);
      vec3 diffuse = diff * light.diffuse * texture2D(material.diffuse, TextCoord).rgb;
 
      // 镜面光照
      vec3 viewDir = normalize(-fragPos);
      vec3 reflectDir = reflect(-lightDir, norm);
      float spec = pow(max(dot(viewDir, reflectDir), 0.0), material.shininess);
      vec3 specular = spec * light.specular * texture2D(material.specular, TextCoord).rgb;
      // 结果
      vec3 result = ambient + diffuse + specular;
 
      gl_FragColor = vec4(result, 1.0);
  }

此时运行的效果如下，我们看到边缘的光照比较明显，中间的光线比较弱：

PS：因为着色器的代码比较多，把着色器的代码放到raw资源文件下了（也可以放在assets下，只是引入方式不同），这里推荐安装GLSL的插件GLSL Support。

练习题中改变镜面光贴图的图片，图片如果是彩色的，箱子被照到也会显示彩色；添加放射光贴图，见源码运行效果。