前言
按道理，材质和贴图是影响光照的。上一节，我只是简单地弄了一下光照，主要是因为偷懒，主要是想早一点看到 3D 模型的效果。如果要考虑到贴图和材质，需要额外做一点工作。我这里还是使用 Assimp 库载入了我之前收集的一个小木屋模型（是.obj格式的），然后使用 stb_image.h 这个库载入图片进行贴图。多的话不说，先展示效果：
这一节我就不贴代码了，主要是讲一些贴图、材质、光照和我自己的一些设计思路。
简单的光照原理
在现在的 OpenGL 版本中，光照都是写到 Shader 中的，固定管线已经过时。当然，我们需要把计算光照所需要的一些信息传递到 Shader Program 中。究竟有哪些数据是需要传递到 Shader Program 中的呢？我们这里按照简单的光照模型总结一下：
- 顶点的位置，这个不用多说，这是组成模型的基础；
- 顶点的法线向量。法线向量在光照的计算中非常重要。简单的光照可以理解为包含三个部分：环境光、漫反射光、镜面反射光。其中，漫反射光的强度和光源的方向和法线方向有关，我们一般会将光源方向和法线方向点乘，然后再和模型的漫反射颜色、灯光的颜色相乘。镜面反射光和光源方向、视线方向、法线方向都有关，一般是先计算视线方向和光源方向的中间向量，然后把这个中间向量和法线方向点乘，然后再做一个幂运算，然后和模型的镜面反射颜色、灯光颜色相乘。环境光和法线方向无关，等于模型的环境光颜色和场景的环境光颜色点乘。最后，将以上三个部分相加即可。（这里需要注意，所有的方向向量点乘之前，需要将其长度规范化为1。其次，如果是点光源，还要考虑距离衰减，我们这里暂时忽略。）根据以上原理，其伪代码基本如下：
in vec3 fNormal;
uniform vec3 ambientColor;
uniform vec3 ka;
uniform vec3 kd;
uniform vec3 ks;
uniform vec3 lightDirection;
uniform vec3 eyeDirection;
uniform float shiness;
ambient = ka * ambientColor;
diffuse = kd * dot(normalize(fNormal), normalize(lightDirection)) * lightColor;
speculuar = ks * pow(dot(normalize(fNormal), normalize((lightDirection + eyeDirection)/2)), shiness) * lightColor;
fColor = ambient + diffuse + specular;
当然，其中每一步都要判断是否大于0.0小于1.0。
- 根据以上简单光照的原理，我们的模型需要将模型固有的环境光颜色、漫反射颜色、镜面反射颜色、反射指数等数据传入 Shader Program。根据惯例，我们可以把它们简称ka、kd、ks。
- 根据以上简单光照的原理，我们的场景需要将灯光位置、灯光颜色、环境光颜色传入 Shader Program。
- 除了直接传入模型的颜色值，还可以使用纹理贴图，所以顶点需要纹理坐标，需要将纹理坐标传入 Shader Program。
- 纹理贴图需要绑定到纹理单元，然后在 Shader 中使用。根据惯例，我们可以把它们简称为 mapKa、mapKd、mapKs。如果使用纹理，其 Shader 的伪代码基本如下：
in vec3 fNormal;
in vec2 fTexCoords;
uniform vec3 ambientColor;
uniform vec3 ka;
uniform vec3 kd;
uniform vec3 ks;
uniform vec3 lightDirection;
uniform vec3 eyeDirection;
uniform float shiness;
uniform int hasMapKs;
uniform sampler2D mapKs;
uniform int hasMapKd;
uniform sampler2D mapKd;
ambient = ka * ambientColor;
if(hasMapKd){
diffuse = texture(mapKd, fTexCoords) * dot(normalize(fNormal), normalize(lightDirection)) * lightColor;
}else{
diffuse = kd * dot(normalize(fNormal), normalize(lightDirection)) * lightColor;
}
if(hasMapKs){
speculuar = texture(mapKs, fTexCoords) * pow(dot(normalize(fNormal), normalize((lightDirection + eyeDirection)/2)), shiness) * lightColor;
}else{
speculuar = ks * pow(dot(normalize(fNormal), normalize((lightDirection + eyeDirection)/2)), shiness) * lightColor;
}
fColor = ambient + diffuse + specular;
因为不是所有的模型都有贴图，所以在 Shader 里面判断一下，如果有贴图，就使用 mapKd 和 mapKs，否则，就直接使用 kd 和 ks 的值。
在这里，这些 ka、kd、ks、mapKd、mapKs、shiness 等，就构成了模型的材质信息。