材质

引出材质

如果我们想要在OpenGL中模拟多种类型的物体，我们必须针对每种表面定义不同的材质(Material)属性，而不是像2.2节那样定义一个三维向量决定一个物体的颜色，用材质决定物体的颜色。
什么是材质（来自高赞评论）
- 关于材质的理解
  
  材质就是对光的反射特性
- 举个栗子
  
  比如说：在阳光下，树叶是绿色的，并不是树叶发出了绿色的光，而是树叶吸收了其他颜色的光，反射绿色的光。
  
  剥离掉树叶这种物质，提取出树叶对光“处理”的特性，这就叫树叶材质。
- 更详细说明
  
  一般我们使用漫反射光、镜面反射光、光泽度等属性，来定义一种材质，其实我不喜欢这样的称呼，我更喜欢称作漫反射率，镜面反射率。
  
  比如：树叶的漫反射率(0.54, 0.89, 0.63), 可以这么理解，
  树叶可以反射光照中: 54%的红色光，89%的绿色光，63%的蓝色光，
  树叶可以吸收光照中: 1-54%的红色光，1-89%的绿色光，1-63%的蓝色光
材质组成

当描述一个表面时，我们可以分别为三个光照分量定义一个材质颜色(Material Color)：环境光照(Ambient Lighting)、漫反射光照(Diffuse Lighting)和镜面光照(Specular Lighting)

此节不用高赞评论将材质的分量叫为反射率(当做另一种角度理解就好），而是将材质的分量叫做材质环境光照颜色分量、材质漫反射光照颜色分量、材质镜面光照颜色分量

例子1

代码相关

glsl

#version 330 core
out vec4 FragColor;

in vec3 Normal;
in vec3 FragPos;

uniform vec3 lightPos;
uniform vec3 viewPos;
uniform vec3 objectColor;
uniform vec3 lightColor;

struct Material {
    vec3 ambient;
    vec3 diffuse;
    vec3 specular;
    float shininess;
}; 

uniform Material material;

void main(){
    // 环境光
    // float ambientStrength = 0.1;
    //vec3 ambient = ambientStrength * lightColor;
    vec3 ambient = lightColor * material.ambient;           // 环境光照分量

    // 漫反射
    vec3 norm = normalize(Normal);
    vec3 lightDir = normalize(lightPos - FragPos);
    float diff = max(dot(norm, lightDir), 0.0);// 得到光源对当前片段实际的漫反射影响
    // vec3 diffuse = diff * lightColor;
    vec3 diffuse = lightColor * diff *  material.diffuse;   // 漫反射光照分量

    // 镜面光照
    float specularStrength = 0.5;
    vec3 viewDir = normalize(viewPos - FragPos);            // 是观察者方向，不是观察者看向的方向
    vec3 reflectDir = reflect(-lightDir, norm);

    float spec = pow(max(dot(viewDir, reflectDir), 0.0), 32);// 光源对当前片段的镜面光影响
    //vec3 specular = specularStrength * spec * lightColor;
    vec3 specular = lightColor * (spec * material.specular);// 镜面光光照分量

    //vec3 result = (ambient + diffuse + specular) * objectColor;
    vec3 result = (ambient + diffuse + specular) ;          // 不用乘以物体颜色，材质已经决定了物体的颜色
    
    FragColor = vec4(result, 1.0);
}

注释掉的是2.2节的基础光照计算冯氏光照模型各个最终分量基本代码，当前代码依旧是以冯氏光照模型。

让材质颜色分量乘以光源颜色乘以2.2节讨论的相关光照影响，并组成物体的颜色。

解读
- ambient材质向量定义了在环境光照下这个表面反射的是什么颜色，通常与表面的颜色相同
- diffuse材质向量定义了在漫反射光照下表面的颜色。漫反射颜色（和环境光照一样）也被设置为我们期望的物体颜色。
- specular材质向量设置的是表面上镜面高光的颜色（或者甚至可能反映一个特定表面的颜色）
- shininess影响镜面高光的散射/半径。

lightingShader.setVec3("material.ambient",  1.0f, 0.5f, 0.31f);
lightingShader.setVec3("material.diffuse",  1.0f, 0.5f, 0.31f);
lightingShader.setVec3("material.specular", 0.5f, 0.5f, 0.5f);
lightingShader.setFloat("material.shininess", 32.0f);

效果

光照太强了

原因

物体过亮的原因是材质的环境光、漫反射和镜面光这三个颜色对任何一个光源都全力反射。

换句话说是：光的颜色太亮了

glsl中的lightcolor = vec3(1.0)
```
vec3 ambient  = vec3(1.0) * material.ambient;
vec3 diffuse  = vec3(1.0) * (diff * material.diffuse);
vec3 specular = vec3(1.0) * (spec * material.specular);
```
如何解决

回想上一节，环境光给其增加了一个很低的强度，而这里却没有这个强度，所以我们应该要为每个光照分量分别指定一个强度向量，来影响环境光、漫反射和镜面光。

实际代码

是将光源分为3个光照颜色分量并相关分量降低值，不再是1.0f全白色，用其乘以材质相关光照颜色分量与相关光照影响率（2.2）。

struct Light {
    vec3 position;

    vec3 ambient;
    vec3 diffuse;
    vec3 specular;
};
uniform Light light;
light.ambient = vec3(0.2f, 0.2f, 0.2f);
vec3 ambient = light.ambient * material.ambient;// 光源环境光颜色分量*材质环境光照颜色分量

注意：在此节光源的各个分量依旧叫做颜色分量，比如：光源环境光颜色分量、光源漫反射颜色分量。而提到的强度只是另一种角度理解。

例子2

代码

glsl

#version 330 core
out vec4 FragColor;

in vec3 Normal;
in vec3 FragPos;

uniform vec3 viewPos;
uniform vec3 objectColor;
uniform vec3 lightColor;

struct Material {
    vec3 ambient;
    vec3 diffuse;
    vec3 specular;
    float shininess;
}; 

uniform Material material;
// 光源分为3个光照分量
struct Light {
    vec3 position;

    vec3 ambient;
    vec3 diffuse;
    vec3 specular;
};

uniform Light light;
void main(){
    // 环境光
    float ambientStrength = 0.1;
    //vec3 ambient = ambientStrength * lightColor;
    //vec3 ambient = lightColor * material.ambient;
    vec3 ambient = light.ambient * material.ambient;            // 环境光照分量

    // 漫反射
    vec3 norm = normalize(Normal);
    vec3 lightDir = normalize(light.position - FragPos);
    float diff = max(dot(norm, lightDir), 0.0);                 // 得到光源对当前片段实际的漫反射影响
    // vec3 diffuse = diff * lightColor;
    // vec3 diffuse = lightColor * diff *  material.diffuse;
    vec3 diffuse = light.diffuse * diff *  material.diffuse;    // 漫反射光照分量

    // 镜面光照
    float specularStrength = 0.5;
    vec3 viewDir = normalize(viewPos - FragPos);                // 是观察者方向，不是观察者看向的方向
    vec3 reflectDir = reflect(-lightDir, norm);

    float spec = pow(max(dot(viewDir, reflectDir), 0.0), material.shininess);// 光源对当前片段的镜面光影响
    //vec3 specular = specularStrength * spec * lightColor;
    //vec3 specular = lightColor * (spec * material.specular);
    vec3 specular = light.specular * (spec * material.specular);// 镜面光光照分量

    //vec3 result = (ambient + diffuse + specular) * objectColor;
    vec3 result = (ambient + diffuse + specular);               // 不用乘以物体颜色，材质已经决定了物体的颜色
    
    FragColor = vec4(result, 1.0);
}

以漫反射光照分量为例

漫反射光照分量 = 光源漫反射颜色分量 * 材质漫反射光照颜色分量 * 光源对片段的漫反射影响

如何正确设置光源的颜色分量
- 环境光照通常被设置为一个比较低的强度，因为我们不希望环境光颜色太过主导
- 光源的漫反射分量通常被设置为我们希望光所具有的那个颜色，通常是一个比较明亮的白色
- 镜面光分量通常会保持为vec3(1.0)，以最大强度发光。
```
lightingShader.setVec3("light.ambient",  0.2f, 0.2f, 0.2f);
lightingShader.setVec3("light.diffuse",  0.5f, 0.5f, 0.5f); // 将光照调暗了一些以搭配场景
lightingShader.setVec3("light.specular", 1.0f, 1.0f, 1.0f); 
```
效果

例子3: 不同的光源颜色

这里优化代码

随着时间更改光源分量颜色，从而导致物体在变色一样

glm::vec3 lightColor;
lightColor.x = sin(glfwGetTime() * 2.0f);
lightColor.y = sin(glfwGetTime() * 0.7f);
lightColor.z = sin(glfwGetTime() * 1.3f);

glm::vec3 diffuseColor = lightColor   * glm::vec3(0.5f); // 降低影响
glm::vec3 ambientColor = diffuseColor * glm::vec3(0.2f); // 很低的影响

lightingShader.setVec3("light.ambient", ambientColor);// 设置光源环境光颜色分量
lightingShader.setVec3("light.diffuse", diffuseColor);// 设置光源漫反射颜色分量
lightingShader.setVec3("light.specular", 1.0f, 1.0f, 1.0f);