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逐畫素的方向光（directional light per pixel）
這一節將把前面的shader**改為逐畫素計算的方向光。我們需要將工作按照兩個shader拆分，以確定哪些是需要逐畫素操作的。
首先看看每個頂點接收到的資訊：
•法線•半向量
•光源方向
我們需要將法線變換到視點空間然後歸一化。我們還需要將半向量和光源方向也歸一化，不過它們已經位於視點空間中了。這些歸一化之後的向量會進行插值，然後送入片斷shader，所以需要宣告易變變數儲存這些向量。
我們也可以在頂點shader中完成一些與光和材質相關的計算，這樣可以幫助平衡頂點shader和片斷shader的負載。
頂點shader**可以寫成如下形式：
[cpp]view plain
copy
varying vec4 diffuse,ambient;
varying vec3 normal,lightdir,halfvector;
void
main()
接下來在片斷shader中，首先要宣告同樣的易變變數。此外還要再次對法線進行歸一化，光線向量不需要進行歸一化了，因為方向光對所有頂點都是一致的，插值得到的結果自然也不會變。之後就是計算插值過的法線向量與光線向量的點積。
[cpp]view plain
copy
varying vec4 diffuse,ambient;
varying vec3 normal,lightdir,halfvector;
void
main()
gl_fragcolor = color;
下圖顯示了逐畫素光照和逐頂點光照效果的區別：
逐畫素的點光（point light per pixel）
本節基於前面有關方向光的內容，大部分**都相同。本節內容主要涉及方向光和點光的不同之處。方向光一般假設光源在無限遠的地方，所以到達物體時是平行光。相反，點光源有乙個空間中的位置，並向四面八方輻射光線。此外，點光的強度會隨到達頂點的距離而衰弱。
對於opengl程式來說，這兩種光的區別主要有：
•光源的position域的w分量：對方向光來說它是0，表面這個position實際是乙個方向（direction）；對點光來說，這個分量是1。
•點光源的衰減由三個係數決定：乙個常數項，乙個線性項和乙個二次項。
對方向光來說，光線的方向對所有頂點相同，但是對點光來說，方向是從頂點指向光源位置的向量。因此對我們來說需要修改的就是在頂點shader中加入計算光線方向的內容。
在opengl中衰減是按照如下公式計算的：
式中k0是常數衰減係數，k1是線性衰減係數，k2是二次衰減係數，d是光源位置到頂點的距離。
注意衰減與距離是非線性關係，所以我們不能逐頂點計算衰減再在片斷shader中使用插值結果，不過我們可以在頂點shader中計算距離，然後在片斷shader中使用距離的插值計算衰減。
使用點光計算顏色值的公式為：
在上面公式中，環境光部分必須分解為兩項：使用光照模型的全域性環境光設定和光源中的環境光設定。頂點shader也必須分別計算這兩個環境光成分。新的頂點shader如下：
[cpp]view plain
copy
varying vec4 diffuse,ambientglobal,ambient;
varying vec3 normal,lightdir,halfvector;
varying float
dist;
void
main()
在片斷shader中需要計算衰減，還需要將插值得到的光線方向向量歸一化，因為一般來說照到每個頂點的光線方向都不同。
[cpp]view plain
copy
varying vec4 diffuse,ambientglobal, ambient;
varying vec3 normal,lightdir,halfvector;
varying float
dist;
void
main()
gl_fragcolor = color;
}
下圖顯示了固定功能的逐頂點與本節中逐畫素計算得到的點光效果：
逐畫素的聚光（spot light per pixel）
本節內容與上一節基本一致，唯一不同的就是聚光不同於點光，其發出的光線被限制在乙個圓錐體中。
對於opengl程式來說，這兩種光的區別主要有：
•聚光包含乙個方向向量spotdirection，表示圓錐體的軸。
•圓錐體包含乙個角度，在glsl中可以使用應用程式設定的角度值以及對應的余弦值spotcoscutoff。
•最後還有乙個衰減速率spotexponent，它表示從圓錐的中心軸向外表面變化時光強度的衰減。
聚光的頂點shader與點光完全相同，我們只需要對片斷shader進行一些修改。只有當當前片斷位於聚光的光錐內時，才需要對散射光、鏡面反射光和環境光成分進行著色。所以我們首先要檢查這個條件。
光源與某點連線向量以及聚光方向向量（spotdirection）之間夾角的余弦值必須大於spotcoscutoff，否則此點位於聚光之外，只能接收到全域性環境光。
[cpp]view plain
copy
...
n = normalize(normal);
/* compute the dot product between normal and ldir */
ndotl = max(dot(n,normalize(lightdir)),0.0);
if(ndotl > 0.0)
} gl_fragcolor = ...
下面的光照計算與點光非常相似，唯一區別是衰減必須乘以聚光效果（spotlight effect），這個值按如下公式計算：
上式中spotdirection來自opengl中設定的狀態，lightdir是光源到某點的向量，spotexp是聚光衰減率，這個值也是在opengl程式中設定的，它用來控制從聚光光錐中心到邊緣的衰減。spotexp越大衰減越快，如果為0表示在光錐內光強是常數。
[cpp]view plain
copy
spoteffect = pow(spoteffect, gl_lightsource[0].spotexponent);
att = spoteffect / (gl_lightsource[0].constantattenuation +
gl_lightsource[0].linearattenuation * dist +
gl_lightsource[0].quadraticattenuation * dist * dist);
color += att * (diffuse * ndotl + ambient);
halfv = normalize(halfvector);
ndothv = max(dot(n,halfv),0.0);
color += att * gl_frontmaterial.specular *
gl_lightsource[0].specular *
pow(ndothv,gl_frontmaterial.shininess);
下圖分別顯示了使用固定功能流水線的逐頂點光照計算，以及使用本節shader的逐畫素光照計算得到的聚光效果。
GLSL程式設計之GLSL（七） 逐畫素光照
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