万物皆有菲涅耳fresnel

当今游戏里面高光照明已成标准，然而游戏中少见的是正确的菲涅耳（fresnel）效果。希望现在你知道什么是高光（specular）了。电脑游戏里面最常见的高光模型是Blinn-Phong也就是：

H = normalize(V+L); 
specVal = pow(saturate(dot(H,N)),power);


在本例中， V就是观察者的向量， L是光线的向量， N是法线向量。power是高光的指数， H是衍生半向量（derived half vector），也就是介于观察者与光线中间的向量。怎样运作的呢？以下是图解。你可以看到观察者、光线与法线向量。现在，有了这个函数高光的峰值在哪里呢？直觉上，你可能希望高光函数达到最高当观察者向量等于光线的反射向量，结果也是如此，这个函数达到峰值当半向量正好对齐法线，刚好等于反射的观察者向量点正好在光线上，一切都合理。

另一种状况：

再次，观察者向量正反应了光线向量。本例中，高光的亮点会更亮？更暗？或是跟第一个例子一模一样？嗯，应该是一样，因为在两个例子中，你都是直接观察高光亮点的最大值，真实世界是这样运作的吗？简单的说，不是。

这是一张砖头的照片，从不同的摄影机角度。上面那张，灯光与摄影机都是直接朝下，类似于第一个状况。第二张照片，光线是以掠射角的角度撞击表面，类似于第二个例子。我把高光与漫射以偏光镜分开，因此漫射在左边，高光在右边，让我们来仔细瞧瞧。

所以...我靠！如同像砖头这样简单的材质Blinn-Phong的shading模型竟然高光完全错误， 结果是因为某个叫做fresnel的小玩意。我们再来看两个高光的例子。根据Blinn-Phong 这两个应该会有相同的强度，但是实际上，其中一个在掠射角的角度结果亮很多。

把这个效应考虑进去，你可以使用Fresnel。即时的Fresnel可以用Schlick Fresnel概略地得出，以下从the GPU Gems 3 chapter on skin书中的章节得到：

float base = 1 - dot(V,H); 
float exponential = pow( base, 5.0); 
float fresnel = exponential + F0 * (1.0 - exponential); 
specVal *= fresnel; 

因为某些原因，大部分的人希望fresnel只发生在反光强的表面，例如水、玻璃与金属。事实上fresnel的效应在几乎所有的材质都很强。事实上，我认为fresnel在哪些反光弱的材质，视觉上更加重要。以下是PVC水管：

很显然PVC具有fresnel效应，但是依我之见，我会说砖头上的fresnel效应会比PVC 视觉上更为重要！从完全没有到非常强的高光会比，强的高光到更高的高光更为重要。难道这不是更为重要的视觉效果吗？我认为，以为fresnel只发生在水/玻璃/金属是种错误的想法，因为对于反光弱的表面fresnel的视觉效果差异更加明显。以下有更多例子：

可怜的纸板，被大家都误解了！通常纸板大家都认为是完全的漫射材质，就算它值得跟其他的亮亮材质朋友一起出场。高光在直视的角度很重要，因为会添加细微的去饱和度效果。但是纸板在掠射角具有非常高的高光反射。

你曾想过为何在早上开车上班会感觉比较亮吗？大部分人以为这是太阳照射到眼睛的关系，事实上，路面强大的fresnel效应是主要亮度增加的来源。下次阳光直射眼睛的时候， 请留意汽车后照镜的路面比正面的路面要暗许多。

这里有些衣服，是IKEA买的。粗糙、棉质的衣服具有很少的高光。这样比较并不是很好的例子，因为第二张图整体来说更亮，这样你很难看出高光到漫射的改变。如果你想要有更好的例子，那就当作各位读者的回家作业吧！

好玩一下，让我们来看一下X-Rite色温版。当你使用彩色的色温版，建议你要垂直于摄影机，应该不需要跟你说为什么吧？！