光照模型：Gouraud模型

原创

胡同巷子

发布于 2026-02-10 23:05:05

720

Gouraud Shading（高洛德着色）= “逐顶点算光照，逐像素做插值上色”。它不是一个新的光照模型（不改变 Phong/Blinn-Phong 的公式），这两种光照模型的不同就是在不同的阶段计算光照。

逐片元（Phong shading 思路）：在片元着色器对每个像素算 ambient + diffuse + specular，细节最丰富。
Gouraud：在顶点着色器只对网格的每个顶点算一次光照，得到每个顶点的颜色 C0,C1,C2...；光栅化时对三角形内部的像素颜色做线性插值，片元着色器直接输出插值后的颜色。Gouraud 的“贵”变“便宜”——把很多次的片元光照计算，变成少量的顶点光照计算。

核心流程：以一个三角形为例，顶点为 A,B,C：

顶点阶段（Vertex Shader）
- 把顶点位置变换到世界空间 P
- 把法线正确变换到世界空间 N（用 normal matrix）
- 根据光源、相机位置算光照，得到该顶点颜色 C_A
光栅化阶段（Rasterizer 自动做）
- 对每个像素求重心坐标 (α, β, γ)，满足 α+β+γ=1
- 插值颜色：C_pixel = α*C_A + β*C_B + γ*C_C
片元阶段（Fragment Shader）
- 不再算光照，只输出 C_pixel

优缺点：

项目	Gouraud Shading（逐顶点光照）	Phong Shading（逐片元光照）
光照计算位置	顶点着色器：每个顶点算一次光照颜色/强度	片元着色器：每个像素算一次光照
插值对象	插值“颜色/光照结果”	插值“法线/相关向量”，再逐像素算光照
计算量/性能	低（顶点数通常远小于像素数）	高（像素多时开销显著）
高光表现（镜面反射）	容易丢失或断续：高光若落在三角形内部且顶点未命中则插值不出高光	准确、连续：高光按像素计算，不易丢失
对网格密度依赖	强：三角形越大越容易出现误差；加密网格可改善	相对弱：即使网格不密，高光与明暗变化也更细腻
明暗过渡	平滑但“受限于顶点采样”；细节变化可能被抹平	平滑且细节丰富；能表现更细的光照变化
典型伪影	“Specular Missing”（高光消失）、高光漂移、大片三角形上光照显得不真实	主要是性能成本；若法线质量差会暴露法线问题但不属于插值缺陷
适用场景	移动端/低端硬件、物体很多、以漫反射为主、网格较密的模型	高质量渲染、强高光材质（金属/塑料/车漆等）、网格较粗也要细节的情况
与光照模型关系	可搭配 Lambert/Phong/Blinn-Phong；只是“在哪算”	同样可搭配 Lambert/Phong/Blinn-Phong；只是“在哪算”
一句话总结	省算力，用插值“糊”出光照	更真实，用每像素计算保细节

实现：

vertex shader

#version 330 core
layout(location = 0) in vec3 aPos;
layout(location = 1) in vec3 aNormal;
layout(location = 2) in vec2 aTex;

uniform mat4 uModel;
uniform mat4 uView;
uniform mat4 uProjection;

uniform vec3 uViewPos;
uniform vec3 uLightPos;
uniform vec3 uLightColor;
uniform vec3 uObjectColor;
uniform float uShininess;

out vec3 vColor;

void main()
{
    vec4 worldPos4 = uModel * vec4(aPos, 1.0);
    vec3 worldPos = worldPos4.xyz;

    mat3 normalMat = mat3(transpose(inverse(uModel)));
    vec3 N = normalize(normalMat * aNormal);

    vec3 L = normalize(uLightPos - worldPos);
    vec3 V = normalize(uViewPos - worldPos);
    vec3 H = normalize(L + V);

    float diff = max(dot(N, L), 0.0);

    float spec = 0.0;
    if (diff > 0.0) {
        spec = pow(max(dot(N, H), 0.0), uShininess);
    }

    vec3 ambient  = 0.1 * uLightColor;
    vec3 diffuse  = diff * uLightColor;
    vec3 specular = 0.3 * spec * uLightColor;

    vColor = (ambient + diffuse + specular) * uObjectColor;

    gl_Position = uProjection * uView * worldPos4;
}

fragment shader：

#version 330 core
in vec3 vColor;
out vec4 FragColor;

void main()
{
    FragColor = vec4(vColor, 1.0);
}

原创声明：本文系作者授权腾讯云开发者社区发表，未经许可，不得转载。

如有侵权，请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除。

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