一、Refract & Reflect
Snell定律描述了光線從一個(gè)介質(zhì)傳播到另外一個(gè)介質(zhì)時(shí)，入射角、折射角以及介質(zhì)折射率的關(guān)系。通過(guò)snell定律，可以根據(jù)入射光的方向向量求取折射光的方向向量。
Fresnel定律完善了光的衍射理論，當(dāng)光線到達(dá)材質(zhì)交界面時(shí)，一部分光被反射，另外一部分發(fā)生折射，這個(gè)現(xiàn)象被稱為Fresnel Effect。菲涅爾現(xiàn)象混合了反射與折射，使得物體更加真實(shí)，理論物理中的Fresnel公式很復(fù)雜，因而在實(shí)時(shí)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中，只要在最終效果上滿足人們的視覺(jué)感受就可以了。在Cook-Torrance光照模型中計(jì)算specular光的rough surface時(shí)用到了Fresnel系數(shù)。
F = f + (1-f) * (1 - V · H)FresnelPower
其中f入射角為0時(shí)的菲涅爾反射系數(shù)，V視角向量，H半向量；
color = factor * 反射光顏色 + (1 - factor) * 折射光顏色
Snell中的折射率本質(zhì)上反映的是光在介質(zhì)中傳播速度以及折射方向；
Fresnel中折射系系數(shù)反映的是光在透明介質(zhì)表面被折射的光通量的比率；
這些可以模擬水表面的折射與反射現(xiàn)象等等
Vertex shader:
1
const float Eta=0.6;
2const float FresnelPower=5.0;
3const float F=((1.0-Eta)*(1.0-Eta))/((1.0+Eta)*(1.0+Eta));
4varying vec3 Reflect;
5varying vec3 Refract;
6varying float Ratio;
7
void main(void)
{
8
9 vec4 ecposition = gl_ModelViewMatrix* gl_Vertex;
10 vec3 ecposition3 = ecposition.xyz/ecposition.w;
11 vec3 i = normalize(ecposition3);
12 vec3 n = normalize(gl_NormalMatrix*gl_Normal);
13 Ratio = F + (1.0-F) * pow(1.0 - dot(i, n),FresnelPower);
14
15 Refract = refract(i,n,Eta);
16 Refract = vec3(gl_TextureMatrix[0] * vec4(Refract,1.0));
17
18 Reflect = reflect(i,n);
19 Reflect = vec3(gl_TextureMatrix[1] * vec4(Reflect,1.0));
20
21 gl_Position = ftransform();
22
}
Frag Shader:
1
varying vec3 Reflect;
2varying vec3 Refract;
3varying float Ratio;
4uniform sampler2d tex;
5
void main(void){
6
vec3 refractColor = vec3 (texture2D(tex,Refract));
7 vec3 reflectColor = vec3 (texture2D(tex,Reflect));
8 vec3 Color = mix(refractColor, reflectColor, Ratio);
9 gl_FragColor = vec4( Color,1.0);
10
}
11
如果要突出某種顏色RGB，產(chǎn)生色散，可以分離折射的rgb值，得到另外一種效果：
1const float EtaR=0.3;
2const float EtaG=0.67;
3const float EtaB=0.9;
4varying vec3 RefractR;
5varying vec3 RefractG;
6varying vec3 RefractB;
7
8RefractR = refract(i,n,EtaR);
9 RefractR = vec3(gl_TextureMatrix[0] * vec4(RefractR,1.0));
10
11 RefractG = refract(i,n,EtaG);
12 RefractG = vec3(gl_TextureMatrix[0] * vec4(RefractG,1.0));
13
14 RefractB = refract(i,n,EtaB);
15 RefractB = vec3(gl_TextureMatrix[0] * vec4(RefractB,1.0));
1 vec3 refractColor ;
2 refractColor.r= vec3 (texture2D(tex,RefractR));
3 refractColor.g= vec3 (texture2D(tex,RefractG));
4 refractColor.b= vec3 (texture2D(tex,RefractB));
二、Diffraction
GPU Gem1里面有一章講解
光的衍射：光在傳播過(guò)程中，遇到透明或者不透明的障礙物，繞過(guò)障礙物產(chǎn)生偏離直線傳播的現(xiàn)象稱為光的衍射。
當(dāng)表面的細(xì)節(jié)比光的波長(zhǎng)小很多時(shí)，對(duì)于這些小尺寸的細(xì)節(jié)，例如CD，波效應(yīng)就不能忽略，
shader一般步驟是：先把可見(jiàn)光的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換到0~1之間，計(jì)算半向量在切線的投影來(lái)計(jì)算u,
原理不是很懂
就這樣吧。。
vertex shader
1uniform vec3 eyeposition;
2uniform vec3 lightposition;
3vec4 HighlightColor=(1.0,1.0,1.0,1.0);
4varying vec4 Color;
5attribute vec3 Tangent;
6vec3 lambda2rgb(float lambda){
7 const float ultraviolet =400.0;
8 const float infrared =700.0;
9 //轉(zhuǎn)換可見(jiàn)光到0~1
10 float a = (lambda - ultraviolet)/(infrared - ultraviolet);
11 const float c = 10.0; //圖的寬度
12 vec3 b = vec3(a) - vec3(0.75,0.5,0.25);
13 return max((1.0 - c*b*b), 0.0);
14}
15void main(void){
16 vec3 objPosition = vec3 (gl_ModelViewMatrix * gl_Vertex);
17 vec3 Normal = normalize (gl_NormalMatrix * gl_Normal);
18 vec3 LightDir = normalize (lightposition - objPosition);
19 vec3 EyeDir = normalize (eyeposition - objPosition);
20 vec3 HalfVec = normalize (LightDir + EyeDir);
21
22 vec3 T=normalize(gl_NormalMatrix * Tangent);
23 float u = abs(dot(T, HalfVec));
24
25 vec3 diffColor=vec3(0.0);
26
27 const int numspectralorders=3;
28
for(int m=1; m<=numspectralorders;++m){
29 float lambda =660 * u / float(m);
30 diffColor += lambda2rgb(lambda);
31
}
32
33 float w = dot(Normal , HalfVec);
34 float e = 2 * u / w;
35 vec3 hilight = exp(-e * e) * HighlightColor.rgb;
36
37
38 const float diffAtten = 0.8;
39 Color = vec4(diffAtten * diffColor + hilight, 1.0);
40
41 gl_Position = ftransform();
42
43
44} Frag shader
1varying vec4 Color;
2void main(void)
3{
4 gl_FragColor =Color ;
5} 
