GPU Gems1 - 19 基于图像的光照（Image-Based Lighting）

这篇文章打破了当时立方体贴图环境（Cube-Map Environment）用法的桎梏，深入研究了更多可能的逼真光照效果。文章主要研究了基于图像的光照（Image-Based Lighting，IBL），包括局部化的立方体映射，类似于使用基于图像的局部光照（Localizing Image-Based Lighting），然后介绍了如何把哪些重要的技巧用于着色模型，包括逼真的反射、阴影和漫反射/环境项。

cube map反射总是使它好像在无限远处，只与观察角度有关（想象一下skybox），这限制了它对小的封闭环境的应用.

在室内环境移动模型时，环境最好是近距离的cube map，距离的大小与当前的房间类似。当模型移动式，根据模型在房间中的位置进行反射。只要加很少的shader代码就能将反射局部化。这种方法得到的模拟效果使人感到更为可靠和逼真。尤其在包含窗户，屏幕和其他可识别光源的环境中。而只要加入很少的Shader数学就能将反射局部化。具体可以看原文贴出的Shader源码。

顶点shader：由cpu传入世界空间和光照空间的矩阵等信息，在顶点shader中将点和矢量转换两次，先由模型空间转换到世界空间，然后从世界空间转换到光照空间。具体代码如下：

Example 19-1. Vertex Shader to Generate World-Space and Lighting-Space Coordinates

vertexOutput reflectVS(appdata IN,uniform float4x4 WorldViewProjXf,uniform float4x4 WorldITXf,uniform float4x4 WorldXf,uniform float4x4 ViewITXf,uniform float4x4 LightingXf,uniform float4x4 LightingITXf)
{vertexOutput OUT;OUT.TexCoord = IN.UV;float4 Po = float4(IN.Position.xyz,1.0); // pad to "float4"OUT.HPosition = mul(WorldViewProjXf, Po);float4 Pw = mul(WorldXf, Po); // world coordinatesfloat3 WorldEyePos = ViewITXf [3].xyz;float4 LightingEyePos = mul(LightingXf, float4(WorldEyePos, 1.0));float4 Pu = mul(LightingXf, Pw);float4 Nw = mul(WorldITXf, IN.Normal);float4 Tw = mul(WorldITXf, IN.Tangent);float4 Bw = mul(WorldITXf, IN.Binormal);OUT.LightingEyeVec = (LightingEyePos - Pu).xyz;OUT.LightingNormal = mul(LightingITXf, Nw).xyz;OUT.LightingTangent = mul(LightingITXf, Tw).xyz;OUT.LightingBinorm = mul(LightingITXf, Bw).xyz;OUT.LightingPos = mul(LightingXf, Pw).xyz;return OUT;
}

片元shader：给定待着色点的位置和矢量，在光照空间计算反射矢量，它的起点是光照空间的表面，通过解球的二次方程，让矢量与那个球面相交，球面中心在照明空间的原点，半径=1.0。得到反射矢量后就可以采样从cube map采样。该shader还提供了几个另外的选项，以增加shader的逼真性，如表面颜色，Fresnel反射衰减等。

Example 19-2. Localized-Reflection Pixel Shader

float4 reflectPS(vertexOutput IN,uniform samplerCUBE EnvMap,uniform sampler2D NormalMap,uniform float4 SurfColor,uniform float Kr, // intensity of reflectionuniform float KrMin, // typical: 0.05 * Kruniform float FresExp, // typical: 5.0uniform float Bumpiness // amount of bump) : COLOR
{float3 Nu = normalize(IN.LightingNormal);// for bump mapping, we will alter "Nu" to get "Nb"float3 Tu = normalize(IN.LightingTangent);float3 Bu = normalize(IN.LightingBinorm);float3 bumps = Bumpiness *(tex2D(NormalMap, IN.TexCoord.xy).xyz - (0.5).xxx);float3 Nb = Nu + (bumps.x * Tu + bumps.y * Bu);Nb = normalize(Nb); // expressed in user-coord spacefloat3 Vu = normalize(IN.LightingEyeVec);float vdn = dot(Vu, Nb); // or "Nu" if unbumped - see text// "fres" attenuates the strength of the reflection// according to Fresnel's lawfloat fres = KrMin + (Kr - KrMin) * pow((1.0 - abs(vdn)), FresExp);float3 reflVect = normalize(reflect(Vu, Nb)); // yes, normalize// now we intersect "reflVect" with a sphere of radius 1.0float b = -2.0 * dot(reflVect, IN.LightingPos);float c = dot(IN.LightingPos, IN.LightingPos) - 1.0;float discrim = b * b - 4.0 * c;bool hasIntersects = false;float4 reflColor = float4(1, 0, 0, 0);if (discrim > 0) {// pick a small error value very close to zero as "epsilon"hasIntersects = ((abs(sqrt(discrim) - b) / 2.0) > 0.00001);}if (hasIntersects) {// determine where on the unit sphere reflVect intersectsreflVect = nearT * reflVect - IN.LightingPos;// reflVect.y = -reflVect.y; // optional - see text// now use the new intersection location as the 3D directionreflColor = fres * texCUBE(EnvMap, reflVect);}float4 result = SurfColor * reflColor;return result;
}