OpenGL中的光照与材料

OpenGL中的光照与材料

     在OpenGL光照模型中，除非一个物体自己会发光，否则它将受到3种不同类型的光的照射，这3种不同类型的光分别是：环境光（ambient）、散射光（diffuse）和镜面光（specular）。作为现实世界中光照的抽象，这3种类型的光允许我们模拟和控制光照在物体表面上所产生的效果。

     环境光（ambient）

     环境光并不来自任何特定的方向。由环境光所照射的物体在所有方向的表面都是均匀照亮的。在OpenGL中，这种光照类型实际上模拟了环境中源自所有光源的散光。

     

     

     散射光（diffuse）

     OpenGL中的散射光具有方向性，来自于一个特定的方向，它根据入射光线的角度在表面上向不同方向均匀地反射开来。因此，如果光线直接照向物体，它看上去就更亮一些。如果光线从一个较大的角度照射到物体表面上，它看上去就显得暗一些。注意，散射光源的反射光线是均匀地散射开来的。

     

     镜面光（specular）

     OpenGL中的镜面光同样具有方向性，并且它的反射角度很锐利，只沿一个特定的方向反射。由于镜面光的高度方向性本质，取决于观察者的位置，镜面光甚至可能看不到。注意，镜面光源的反射光线锐利而一致地反射，这是它与散射光的一个重要区别。

     

     事实上，光源是由各种强度的不同类型的光所组成的。没有一种光源是由纯粹的任何一种单独类型的光所组成的。因此，场景中的一种光源是由3种光成分所组成的：环境光、散射光和镜面光。像颜色的定义一样，每种光成分是用一个RGBA值定义的，它描述了组成这种成分的红光、绿光和蓝光的强度，alpha值在此被忽略。在使用光照时，我们并不把多边形描述为具有一种特定的颜色，而是认为，它是由一些具有某种反射属性的材料所组成的。我们不说一个多边形是红色的，而说这个多边形是由主要反射红光的材料所组成的。

     我们需要一些时间才能通过设置光照和材料属性实现所需要的效果。在绘制一个物体时，OpenGL会决定这个物体的每个像素将使用什么颜色。光源具有自己的颜色，物体又具有反射的“颜色”，OpenGL会为图元的每个顶点分配一个RGB颜色值，它是根据环境光、散射光和镜面光乘以材料属性的环境光、散射光和镜面光反射率所产生的净效果决定的。由于在各个顶点间使用了平滑着色模式，因此能够产生照明的幻觉。

     计算环境光

     为了计算环境光，让我们首先来考虑光源的红、绿、蓝强度。对于一种红、绿、蓝成分的强度均为一半的环境光源，可以把这个光源的RGB强度值指定为（0.5，0.5，0.5）。如果被照射物体的环境光反射属性按照RGB术语指定为（0.5，1.0，0.5），那么这种环境光所产生的净颜色成分是：

     （0.5 * 0.5，0.5 * 1.0， 0.5 * 0.5） = （0.25， 0.5， 0.25）

     由此可以看出，物体材料的颜色成分实际上决定了入射光的反射比例。这是极为重要的一点，也是后续使用颜色追踪的关键所在。

     

     散射和镜面光效果

     环境光的计算比较简单直接。散射光也具有RGB强度，它也以相同的方式与材料的反射属性进行交互。不同的是，散射光具有方向性，物体表面上光的强度取决于表面和光源的角度、表面和光源的距离以及所有相关联的衰减因素等（雾的存在）。镜面光源及其强度也是如此，它的净效果（根据RGB强度值）的计算方式与环境光也一样，同样是根据光源的强度与材料的反射属性相乘，不过这里的强度还要根据入射角度进行调整。最后，全部三种RGB值加在一起，产生物体的最终颜色。

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