简单光照模型与Phong光照模型

光照模型（Illumination model)用于物体表面某点处的光强度计算。

一、简单光照模型

简单光照模型中只考虑 反射光 的作用， 反射光由 环境光 、 漫反射光 和 镜面反射光 三部分

组成。

（1）环境光：

假定物体是不透明的（即无透射光）

假设环境光在空间中均匀分布，即在任何位置、任何方向上强度一样,记为 Ia。

在同样的环境光照射下，不同物体表面的环境光反射系数不同，导致其所呈现的亮度并不相同，记环境光反射系数为 Ka 。

则环境光光照明方程为： I = KaIa ， I 为物体表面所呈现的亮度。

虽然不同的物体具有不同的亮度，但是同一物体的表面的亮度是一个恒定的值，没有明暗的自然过渡。

（2）漫反射：

粗糙表面的反射：向各个方向都有反射。

假设各个方向上反射的光线强度相同。

物体的不同部分亮度不同, 物 体表面粗糙程度 , 物体表面的朝向（表面法向 N ） , 物体表面与点光源之间的距离都会影响亮度。

则漫反射光照明方程为：I = KaIacosθ，θ为入射角。

cosθ = L·N , 则I = KaIacosθ = KaIaL·N

对于许多物体，使用漫反射计算其反射光是可 行的，但对于大多数的物体，如擦亮的金属、 光滑的塑料等是不适用的，原因是这些物体还 会产生镜面反射。

（3）镜面反射：

光滑物体（如金属）表面对光的反射会产生高光现象。

镜面反射光照明方程为：

会聚系数n的取值与表面粗糙程度有关: n越大，表面越平滑（散射现象少，稍一偏离，

明暗亮度急剧下降）； n越小，表面越毛糙（散射现象严重）。

二、Phong光照模型

Phong 光照明模型 ：物体表面上一点 反射到视点的光强 I 为 环境光光强度Ie、 漫反射光强度Id、 镜面反射光强度Is 的总和。

即：

光强度的衰减：光在光源到物体表面过程中的衰减，光源到模型表面的距离越远，光强度越弱。

d 为模型上点到光源的距离；a, b, c 为经验系数。

则：

产生彩色：选用RGB模型。

为颜色模型中的每一种基色建立光照明方程：

采用多个光源：

采用m个光源的光照明方程：

Phong光照明模型是真实感图形学中提出的第一个 有影响的光照明模型。但 Phong模型是经验模型，存在不足： 显示出的物体象塑料，无质感变化； 没有考虑物体间相互反射光； 镜面反射颜色与材质无关； 镜面反射的计算在入射角很大时出现失真现象。

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