cocos2D-X源码分析之从cocos2D-X学习OpenGL16----基本光照

cocos引擎目前已经支持3d功能，之前在3d教程中介绍了cocos2d-x的3d功能中的光照，但是只是粗略的介绍了四种光源，因为光照的重要性和复杂性，这个系列文章会分两篇介绍光照，本篇介绍光照的基础-ADS模型，下一篇详细介绍几种光源。

ADS模型是光照的基本模型，包括Ambient（环境光），Diffuse（漫反射）和Specular（点光源）三种光照在物体上的效果是这样的：

三种光照共同影响物体，模拟出一般的光照效果，被称作ADS模型，也叫Phong模型。

环境光是一个来自远处的光源，它会让物体显示一些颜色，全局照明的原理非常简单，它用光的颜色乘以一个很小的常量ambient因子，然后乘以物体颜色，最后得到环境光照射物体之后的颜色。

在cocos2d-x中，在Mesh类（网格，3d模型渲染的最小单元）中以uniform的方式向着色器传递光照的参数，处理环境光的时候，是直接传递环境光颜色，但是在创建环境光的时候要设置一个强度值，在传递前，会用光强乘以颜色再传，在应用程序中处理好计算可以减少着色器的计算量，是个提高效率的好方法。

auto ambLight = static_cast<AmbientLight *>(light);
const Color3B &col = ambLight->getDisplayedColor();
ambientColor.add(col.r / 255.0f * intensity,col.g / 255.0f * intensity,col.b / 255.0f * intensity);

漫反射就没那么简单了，它模拟一个发光物对物体方向性的影响，它是ADS模型中最重要的组成部分，面向光源的一面比其他面更亮，它涉及到一些数学和物理概念，如图所示：

我们在初中物理中学习过光的发射，它是光照和平面的垂直方向（法线方向）形成入射角，反射是入射角等于发射角，光线会从另一个方向反射出去，在模拟计算光照的时候，我们仍然需要法线这个概念，因为当入射光线和法线夹角为0时，光照的效果是最大化的，当为90度时，光照的效果几乎为0，我们要模拟出这个效果。

法线向量是垂直于顶点表面的向量，由于顶点没有表面的概念，我们利用顶点周围的顶点计算出这个顶点的表面，因为向量叉乘可以得到垂直于两个向量的向量，我们可以用这种方法得到法向量，有时为了模拟凹凸不平的平面效果，我们还会使用法线贴图去定义每个点的法线向量。

下一步我们就获得光的方向，光源类提供了获得光照的方法：

Vec3 SpotLight::getDirection() const
{
    Mat4 mat = getNodeToParentTransform();
    return Vec3(-mat.m[8],-mat.m[9],-mat.m[10]);
}

Vec3 SpotLight::getDirectionInWorld() const
{
    Mat4 mat = getNodeToWorldTransform();
    return Vec3(-mat.m[8],-mat.m[10]);
}

两个向量准备好了，我们就可以计算漫反射光照了：

vec3 computeLighting(vec3 normalVector,vec3 lightDirection,vec3 lightColor,float attenuation)
{
    float diffuse = max(dot(normalVector,lightDirection),0.0);
    vec3 diffuseColor = lightColor  * diffuse * attenuation;
    
    return diffuseColor;
}

最后一个参数attenuation是为计算另外两种光源准备的，这里就会传1，而漫反射光就是法向量乘以光源方向，注意，因为法向量由平面指向外方向，所以对应的“光方向”就是由物体平面的点指向光源，所以传的时候，是真正光源方向的相反数：

for (int i = 0; i < MAX_DIRECTIONAL_LIGHT_NUM; ++i)
{
    vec3 lightDirection = normalize(u_DirLightSourceDirection[i] * 2.0);
    combinedColor.xyz += computeLighting(normal,-lightDirection,u_DirLightSourceColor[i],1.0);
}

ADS模型就剩下Specular高光了，它也是依照光的方向向量和法向量，另外还会参考视角方向，基本算法就是将光线方向（注意，这次是真正的光线方向了）通过GLSL内置的reflect函数计算出反射光线，然后用反射光线乘以视线方向，从而获得光照参数，这个光照参数还要进行一次幂操作，之一要多少次幂和光线强度有关，被称作发光值，发光值越高，反射光的能力越强，散射的越少，高光点越小，下图就是不同高光值得影响

cocos2d-x并没有进行这部分的光照计算，基本采用的都是反射光的计算方法，在聚光灯和点光源的处理上就是乘以不同的attenuation，它们的具体算法会在下一篇中计算，将不同的光照影响加在一起，就得到物体最终显示的颜色。

下一篇将分析不同的发光体。

能力不足，水平有限，如有错误，欢迎指出。

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