[Summary] Point Light & Phong Specular

[Winteradio]

Point Light & Phong Specular 정리

1. reflect() 내부 원리

GLSL reflect(I, N)의 공식:

R = I - 2 * dot(N, I) * N

기하학적 의미: I를 N 방향 성분과 접선 성분으로 분해한 뒤, N 방향 성분만 뒤집음.
이는 표면(접선면)에 대한 기하학적 대칭(mirror)이지, 단순 부호 반전이 아님.

     N↑
     |   /← R (반사)
     |  /
─────┼──────  (surface)
      \
       ↘ I (입사)

교과서 공식과의 관계:

공식	I의 방향	용도
R = I - 2*dot(N,I)*N	광원→표면 (GLSL reflect)	셰이더 구현
R = 2*N*(N·I) - I	표면→광원 (교과서)	수학적 유도

I를 -I로 바꾸면 두 공식은 동일한 결과를 가짐.

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2. reflect(I, N) == reflect(I, -N)

Normal을 뒤집어도 반사 벡터는 동일:

reflect(I, -N)
= I - 2*dot(-N, I)*(-N)
= I - 2*dot(N, I)*N   ← 동일

결론: faceforward로 normal 방향을 바꾸어도 reflection 결과는 변하지 않음.
faceforward는 NdotL 부호에만 영향을 줌.

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3. lightDir 컨벤션

Point Light 셰이더에서 사용하는 컨벤션:

vec3 lightDir = normalize(position - light.position);  // 광원→fragment 방향

변수	방향	비고
lightDir	광원→fragment	입사 방향 (GLSL reflect의 I)
-lightDir	fragment→광원	NdotL 계산 시 사용
viewDir	fragment→카메라	normalize(camera.position - position)

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4. 광원이 표면 뒤에 있을 때 (Two-sided Lighting)

Point Light가 Mesh 내부에 있으면 normal이 광원 반대를 가리켜 NdotL < 0 발생.

방법 A: abs(NdotL) — 권장하지 않음

float NdotL = abs(dot(normal, -lightDir));

• diffuse는 해결되지만 specular에서 reflect(-lightDir, normal)이 잘못된 방향을 반환함.

방법 B: faceforward on normal — 부분적 해결

vec3 N_eff = faceforward(normal, lightDir, normal);
float NdotL = dot(N_eff, -lightDir);  // 항상 >= 0
vec3 reflectDir = reflect(lightDir, N_eff);  // reflect(lightDir, normal)과 동일

• NdotL은 올바르지만 reflection은 동일 (faceforward가 reflect에 영향 없음).

방법 C: incidentDir 보정 — 권장

// dot(normal, lightDir) > 0 이면 reflect로 반대쪽으로 넘김, 아니면 그대로
vec3 incidentDir = lightDir - 2.0 * max(dot(normal, lightDir), 0.0) * normal;

• 삼항 연산자 없이 동일한 효과
• incidentDir은 항상 "표면 앞쪽에서 들어오는" 입사 방향이 됨
• 이후 NdotL = dot(normal, -incidentDir), reflectDir = reflect(incidentDir, normal) 사용

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5. Point Light Attenuation

float lightDist   = length(light.position - position);
float distRatio   = lightDist / max(light.range, 0.0001);
float falloff     = clamp(1.0 - distRatio * distRatio, 0.0, 1.0);
float attenuation = falloff / (lightDist * lightDist + 1.0);

• 1 / r² 단독 사용 시 r→0 에서 발산 → + 1.0 으로 안정화
• falloff: range 기반 smooth cutoff (range 밖에서 0)

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6. 주의 사항

• GLSL 내장 함수 distance()와 변수명 충돌 주의 → lightDist 사용
• usampler2D (tGPhong)는 반드시 GL_NEAREST 필터링 적용 필요
• Point Light pass에는 ambient 항 포함하지 않음 (directional pass에서 처리)

[Winteradio]

위의 방식으로 구현했을 경우, 광원이 Mesh 밖에 있을지라도 광원 효과가 적용된 것으로 보임. 수정 필요