球体光线追踪 - 镜面高光

Question

我在为我的球体设置正确的光照模型时遇到了一些问题。具体来说，我无法正确获得球体的镜面高光。这是我在光线追踪球体时看到的：

现在，镜面高光看起来应该更像这样：

据我了解，照明模型（对于这些漫反射球体）如下所示：

其中c_r是球体的颜色，c_a是光的环境分量，c_l是光的颜色，n是球体交点处的法线，l是光的方向，c_p是镜面高光的颜色，e是eye/Look从，r是球体表面的反射向量，指数中的p指的是 phong constant/exponent（tight/loose 光线如何）。

这是我的过程：

public Color calculateIlluminationModel(Vector normal, Scene scene)
{
    //c = cr * ca + cr * cl * max(0, n \dot l)) + cl * cp * max(0, e \dot r)^p
    Vector lightSourceColor = getColorVector(scene.getLight().getLightColor()); //cl
    Vector diffuseReflectanceColor = getColorVector(getMaterialColor()); //cr
    Vector ambientColor = getColorVector(scene.getLight().getAmbientLightColor()); //ca
    Vector specularHighlightColor = getColorVector(getSpecularHighlight()); //cp
    Vector directionToLight = scene.getLight().getDirectionToLight(); //l
    Vector reflectionVector = normal.multiply(2).multiply(normal.crossProduct(directionToLight)).subtract(directionToLight); //r = 2n(n \dot l) - l

    Vector ambientTerm = diffuseReflectanceColor.multiply(ambientColor);
    double angleBetweenLightAndNormal = directionToLight.dotProduct(normal);
    Vector diffuseTerm = diffuseReflectanceColor.multiply(lightSourceColor).multiply(Math.max(0, angleBetweenLightAndNormal));
    Vector phongTerm = lightSourceColor.multiply(specularHighlightColor).multiply(Math.pow(Math.max(0, scene.getCameraSettings().getLookFrom().dotProduct(reflectionVector)), (double) getPhongConstant()));
    return getVectorColor(ambientTerm.add(diffuseTerm).add(phongTerm));
}

请注意，在这种情况下，phong 项的眼睛分量是相机的视角，即 (0, 0, 1)，光线的方向是 (1, 0, 0)。

知道为什么我的镜面高光位于球体的顶部而不是面向光的方向吗？

如果我泄露了您需要帮助我的任何重要细节，请告诉我。

Answer 1

应根据表面法线和入射光线方向计算反射矢量，而不是像现在这样根据光线方向计算。

Answer 2

这一行有问题：

Vector reflectionVector = normal.multiply(2).multiply(normal.crossProduct(directionToLight)).subtract(directionToLight); //r = 2n(n \dot l) - l

不是取法线和光线方向之间的点积，而是取 normal.crossProduct(directionToLight) 叉积，这会给你一个垂直于你想要的向量的向量，给你您在上面看到的错误。

因此，您应该

Vector reflectionVector = normal.multiply(2).multiply(normal.dotProduct(directionToLight)).subtract(directionToLight); //r = 2n(n \dot l) - l

球体光线追踪 - 镜面高光

Sphere raytracing - specular highlights

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