7、计算机图形学中的光照模型与实现

计算机图形学中的光照模型与实现

1. 光照对世界的影响

光以各种方式影响着我们世界的外观，有时这种影响甚至非常显著。当手电筒照射物体时，物体朝向光的一侧会显得更亮。地球在中午面向太阳的地方被照亮，但随着地球自转，白天的亮度逐渐变为傍晚的昏暗，直到午夜完全黑暗。此外，不同物体对光的反应也不同，除了颜色不同，它们的反射特性也可能不同。例如，同样是绿色的物体，布制的和抛光钢制成的相比，后者会显得更“闪亮”。

2. 光照模型

由于模拟光子的自然传播过程在计算上不可行，我们需要使用光照模型。光照模型有时也被称为着色模型或反射模型，本文将使用最简单实用的术语。最常见的光照模型是“ADS”模型，它基于三种反射类型：
- 环境反射（Ambient） ：模拟低水平的照明，均匀影响场景中的所有物体。
- 漫反射（Diffuse） ：根据光的入射角不同程度地照亮物体。
- 镜面反射（Specular） ：通过在物体表面适当位置放置高光来体现物体的光泽。

ADS 模型可用于模拟不同的光照效果和各种材料。使用 ADS 照明模型需要考虑以下因素：
- 光源类型及其环境、漫反射和镜面反射特性。
- 物体材料的环境、漫反射和镜面反射特性。
- 物体材料的“光泽度”。
- 光照射物体的角度。
- 观察场景的角度。

3. 光源类型

光源有多种类型，每种类型都有不同的特点和模拟方法：
| 光源类型 | 特点 | 示例代码 |
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