真实感图形程序设计 建立球体模型，编程实现简单光照模型（环境光、漫反射、镜面反射光）对球体的光照影响效果；实现光源位置的改变，对球体的光照影响效果。

实验目的及要求：

1. 建立球体模型，编程实现简单光照模型（环境光、漫反射、镜面反射光）对球体的光照影响效果；
2. 实现光源位置的改变，对球体的光照影响效果。

软硬件环境：

1. 硬件：戴尔笔记本一台
2. 软件：MATLAB

算法或原理分析（实验内容）：

1.Phong算法中影响光照的三个因素：

环境光（Ambient）：可以理解为现实中的白天的室内，白天在室内我们能看的见物体，但是并没有感知光线的方向，其实是因为太阳离我们太远了，导致我们周围的光线强度都是一样的。

漫反射（Diffuse）：面向光源的表面更亮。

镜面反射（Specular）：模拟光在抛光或金属表面的反射

其实最终我们就是要计算出一个影响颜色的因子，在执行片段着色器程序时用这个变量fragColor去乘以该因子，进而根据接收的光线将颜色设置得更亮或更暗。将场景中对其他光的影响因素环境光、漫反射、镜面反射分别叫做A、D、S，则计算那个影响颜色的因子可以用下面公式来表示。

如果模型没有纹理，将按照下面这个公式去算：

有纹理，将按照下面这个公式去算：

环境光（Ambient）对光线的影响

它只是一个常数因素，可以使我们所有的物体更亮或更暗。环境光是最容易计算一种影响因素。我们只需要传递一种颜色，用它乘以模型的基色，它只是调制基色。所以我们只需要一个矢量来调制环境光强度和颜色。

漫反射（Diffuse）对光的影响

以点光源为例：假设有一个光源照在一个物体上，面向光源的一面整体会比背向光源的一面更亮

对于漫反射的计算，首先在上图中的物体上取几个顶点位置P1、P2、P3，相应的顶点法向量为N1、N2、N3。顶点法向量是垂直于每个点的切平面的矢量。如下：

在上图中可以很明显的看出来，P1位置一定比P2更亮，P3基本不会受到该光源的影响。而P1位置比P2更亮是因为，P1受到的光照是从该顶点的正上方照射过来的，而P2受到的光线是比正上方稍微偏了一些。所以我们在计算每个顶点的漫反射影响因子时，顶点的法向量与该点受到光线的夹角是影响明暗的一个因素。

镜面反射对光的影响

当光线照射到表面时，它的某些部分被吸收而另一部分被反射，反射就是光线从物体上反射回来。镜面反射如下：

将空间中的观察点，比作相机（Camera）对于镜面反射，最重要的是要注意，只有当相机处于适当的位置时，反射光才会可见。

2.光源位置改变：

光源位置对光照方向的影响：光源的位置决定了光线的方向。当光源位于球体的左侧时，光线从左侧照射到球体，球体左侧会更加明亮。当光源位于球体的上方时，光线从上方照射到球体，球体上方会更加明亮。同理，当光源位于球体的下方或后方时，球体的下方或后方会更加明亮。

光源距离对光照强度的影响：光源距离球体的远近也会影响光照的强度。当光源距离球体较近时，球体上的光照强度会更强，反之则较弱。

光源颜色对光照颜色的影响：光源的颜色也会影响球体被照亮的颜色。例如，当使用红色光源时，球体被照亮的部分会呈现红色。

程序代码或实现过程：

1.[x, y, z] = sphere(50); % 创建一个球体模型?

figure

h = surf(x, y, z);?% 设置光照属性

set(h, 'AmbientCoefficient', 500); % 环境光系数

set(h, 'DiffuseCoefficient', 5); % 漫反射系数

set(h, 'SpecularCoefficient', 500); % 镜面反射系数

set(h, 'SpecularPower', 200); % 镜面反射光的模糊程度

lighting gouraud;

camlight right;

colormap('gray'); % 调整光照方向和颜色

shading interp;

axis off;

view(3);?% 显示图形

2.close all

[x,y,z] = sphere(40);

colormap(jet)

subplot(1,2,1);

surf(x,y,z),shading interp

light('position',[2,-2,2],'style','local')

lighting phong

title('phong')

subplot(1,2,2)

surf(x,y,z,-z),shading flat

lighting flat

light('position',[-1,0.5,1],'style','local','color','w')

title('flat')

% 更改光源位置?

camlight left;?% 将光源移到左侧

camlight above;?% 将光源移到上方

camlight below; % 将光源移到下方

camlight behind; % 将光源移到后方

结果分析：

简单光照模型

改变光源位置