一、直接光照（Direct Lighting）

1.1 直接光照的漫反射（Diffuse）

• 物理模型：
使用 Lambert 反射模型 或更精确的 Oren-Nayar 模型（考虑粗糙表面微结构）。
• Lambert 公式：Ldiffuse=πalbedo⋅Llight⋅(n⋅l)其中 albedo 是表面反照率，L_light 是光源辐射度，n·l 是法线与光线方向的点积。
Ldiffuse=albedoπ⋅Llight⋅(n⋅l)

• 能量守恒：
漫反射部分的光强不超过 albedo / π，确保总反射能量不超过入射光。

1.2 直接光照的高光（Specular）

• 物理模型：fspec=4(n⋅v)(n⋅l)D⋅F⋅G
基于 微表面理论，使用 Cook-Torrance BRDF，包含三个核心项：
fspec=D⋅F⋅G4(n⋅v)(n⋅l)
• D（法线分布函数）：如 GGX，控制高光形状和粗糙度。
• F（菲涅尔项）：如 Schlick 近似，决定反射率随视角的变化。
• G（几何遮蔽）：如 Smith 函数，模拟微表面间的遮挡。

• 能量守恒：
高光强度与粗糙度相关，粗糙度越高，高光越分散，峰值越低。

二、间接光照（Indirect Lighting）

2.1 间接光照的漫反射（Diffuse）

• 实现方式：Lindirect-diffuse=albedo⋅Irradiance(n)
使用 辐照度贴图（Irradiance Map） 或 球谐光照（Spherical Harmonics） 预计算环境光的漫反射贡献。
Lindirect-diffuse=albedo⋅Irradiance(n)
• 辐照度贴图：通过卷积环境贴图得到，表示半球内所有方向的平均光照。

• 能量守恒：
漫反射间接光通常较柔和，且与直接光照的漫反射叠加后不超过表面反照率。

2.2 间接光照的高光（Specular）

• 实现方式：L_{\text{indirect-spec}} = \text{PrefilteredEnvMap} \cdot (F \cdot \text{BRDF_LUT})
使用 预过滤环境贴图（Prefiltered Environment Map） 和 BRDF LUT（查找表），基于粗糙度和视角动态采样。
• 预过滤贴图：根据粗糙度生成不同模糊级别的环境贴图。
• BRDF LUT：存储菲涅尔和几何项的积分结果，加速实时计算。

• 菲涅尔效应：
高光在掠射角（grazing angle）时更强，金属材质的高光会保留环境颜色，而非金属的高光接近光源颜色。

三、 能量守恒与材质属性

• 金属与非金属：
• 金属（Metal）：漫反射为黑色（albedo = 0），高光反射带有颜色。
• 非金属（Dielectric）：漫反射为反照率颜色，高光为白色或单色。

• 粗糙度（Roughness）：
• 高粗糙度表面：漫反射占比更高，高光更分散。
• 低粗糙度表面：高光更集中，接近镜面反射。

四、 总结

• 直接光照：精确计算光源的漫反射和高光，依赖微表面模型（Cook-Torrance）。

• 间接光照：通过预计算技术（如 IBL）模拟环境光的漫反射和高光，结合 BRDF 积分优化性能。

• 能量守恒：确保漫反射与高光的总能量不超过入射光，材质参数（金属度、粗糙度）控制反射行为。