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基础光照模型

标准光照模型（Standard Lighting Model）

• 定义：传统光照计算的框架，通常包含漫反射、镜面反射和环境光三部分。
• 特点：非物理经验模型，计算简单但缺乏真实感。
• 从属关系：
  • 包含 漫反射 和 高光反射
  • 是 Phong模型 和 Blinn-Phong模型 的基础框架。

漫反射（Diffuse Reflection）

• 定义：光线均匀散射到所有方向（如哑光表面）。
• 模型：
  • 兰伯特模型Lambertian Model：
    • 公式：I = k_d * (N·L)
    • 特点：与视角无关，仅依赖法线和光照方向。

高光反射（Specular Reflection）

• 定义：光线集中反射（如镜面或金属光泽）。
• 模型：
  • Phong模型：
    • 公式：I = k_s * (R·V)^n
    • 特点：基于反射向量（R）和视角（V）计算高光。
  • Blinn-Phong模型：
    • 公式：I = k_s * (N·H)^n
    • 特点：用半角向量（H）替代反射向量，计算更高效。

物理基础模型

BRDF（Bidirectional Reflectance Distribution Function）

• 定义：描述入射光与出射光关系的数学函数，是PBR的理论基础。
• 特点：
  • 满足能量守恒（反射率≤1）。
  • 包含 漫反射 和 镜面反射 的物理计算。
• 从属关系：
  • 是 PBR 的核心数学工具。
  • 包含 GGX（法线分布函数）和 菲涅尔效应。

GGX（Trowbridge-Reitz分布）

• 定义：一种微表面法线分布函数（NDF），用于PBR的镜面反射计算。
• 特点：
  • 更真实模拟粗糙表面的高光拖尾效果。
  • 公式：D(m) = α² / [π((N·m)²(α²-1)+1)²]
• 从属关系：
  • 属于 BRDF 的组成部分。
  • 是 Cook-Torrance BRDF 的核心部分。

菲涅尔效应（Fresnel Effect）

• 定义：光线在不同角度下反射率变化的物理现象（如玻璃边缘更反光）。
• 特点：
  • 金属材质反射率随角度变化显著。
  • 非金属材质（如塑料）反射率较低。
• 从属关系：
  • 是 BRDF 的组成部分。
  • 在 PBR 中用于计算镜面反射。

高级渲染框架

PBR（Physically Based Rendering）

• 定义：基于物理的渲染流程，使用BRDF等物理模型模拟真实光照。
• 特点：
  • 能量守恒（无“超亮”高光）。
  • 参数化（金属度、粗糙度）。
• 从属关系：
  • 基于 BRDF 和 微表面理论。
  • 包含 GGX 和 菲涅尔效应。
  • 替代传统 标准光照模型。

关系层级图

graph TD
    A[标准光照模型] --> B[漫反射]
    A --> C[高光反射]
    B --> D[兰伯特模型]
    C --> E[Phong模型]
    C --> F[Blinn-Phong模型]
    G[BRDF] --> H[漫反射]
    G --> I[镜面反射]
    I --> J[GGX]
    I --> K[菲涅尔效应]
    L[PBR] --> G
    L --> M[能量守恒]
    L --> N[微表面理论]

关键区别

总结

• 传统模型（如Phong/Blinn-Phong）是经验公式，适合快速渲染。
• BRDF 是物理模型，为PBR提供数学基础。
• PBR 是完整流程，整合BRDF、GGX、菲涅尔等实现真实感渲染。

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