为何OpenGL漫反射光照计算的方向向量指向与预期相反？

问题解答 #

首先明确空间向量的基础计算规则：对于两个空间点A和B，A - B 得到的向量方向是从B指向A，因此lightPos - FragPos 计算得到的自然是从片元位置指向光源位置的向量。

之所以要使用这个方向作为光照计算的lightDir，是由LearnOpenGL教程采用的漫反射计算约定决定的：

• 漫反射的核心计算是表面法向量和光线方向的点积，教程中采用的公式为：

  float diffuseStrength = max(dot(normal, lightDir), 0.0);
  

• 其中normal是片元的表面法向量，默认方向是从片元指向模型外侧。我们需要当光线从表面正面入射时，点积结果为正，对应更高的漫反射亮度。如果使用从光源指向片元的向量作为lightDir，此时它和法向量的夹角是实际入射夹角的补角，点积结果会为负，代入公式后会直接被截断为0，得到完全错误的无光照结果。

当然这只是约定区别，如果你希望lightDir定义为光线入射方向（从光源到片元），只需要同步修改点积逻辑即可：

vec3 lightDir = normalize(FragPos - lightPos);
float diffuseStrength = max(dot(normal, -lightDir), 0.0);

两种写法的计算结果完全一致，只是参数定义的约定不同而已。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者OpenGLUser