光照與霧化

標準光照模型是局部模型中的一種----即當處理一個物體時，不考慮其他物體的影響。物體也不向別的物體投下影子，實際上，物體自身無法生成影子，影子是使用全局光照模型生成的。

色彩的數學

計算機中的色彩常用RGB色彩模型表示，這里R表示紅，G表示綠，B表示藍，其精度因平臺與渲染狀態而異。我們視RGB為0至1間的值，并且也不考慮其中各分量到底占用多少二進制位。在計算機圖形學中，色彩常被視為數學實體。我們用黑體的小寫羅馬字母表示色彩符號，如c，與向量符號相同，但由于二者上下文不同，所以不會混淆。

可以認為色彩存在于一個3D單位立方體"色彩空間"中，如圖15.7所示:

黑、白兩色十分重要，分別由RGB（0, 0, 0）和(1, 1, 1)表示，并且用特殊的符號0、1分別標識，灰色都在黑白色之間的那條連線上。

色彩可以加、減、乘以標量，和向量運算一樣。兩個色彩也可以作"按位乘"運算，運算記作。

色彩運算有時會使一個或多個RGB分量超出[0, 1]的界限（比如，計算光照時，出現極強的光亮），此時簡單地加以截斷。根據情況，也許在計算中每一步都進行截斷，也許中間允許超界，而在最后截斷。

如果只有一個分量超界，截斷運算可能會引起色彩混亂。比如，色彩（1, 2, 1）其實是（0.5, 1, 0.5）的一個更亮的表示，類似某種綠色。簡單地加以截斷后，綠色消失只剩余白色。更聰明的辦法是除以最大色彩值以單位化。此例中，均除以最大分量值2。當然，開始時就防止越界（比如，調整光強以使越界不發生）才是最好的辦法。

光源

為進行渲染，必須向圖形API描述場景中的光。下面是一個光源類型的簡單列表：

點光源，平行光，聚光燈，環境光。

我們將討論大多數渲染API都支持的常見光源。

點光源是向四面八方發射光線的單點，又稱全向光或球狀光。點光源有方向和色彩，此色彩同時表示色調與亮度，點光源還有一個輻射衰減半徑，控制照亮的范圍。圖15.8展示了3DS如何表示點光源。

光強通常由光源中心向輻射前進方向不斷衰減，最終為0。點光源可代表許多常見發光物，如燈泡、電燈、火把等。

平行光是從無限遠處射來的點光源的光線，場景中所有光線皆為平行的。平行光源沒有位置的概念，也無衰減。太陽是平行光的典型代表（目前還不考慮太陽的位置來渲染場景）。

聚光燈指從特定光源向特定方向射出的光，比如信號燈、車頭燈等。它們有位置、方向、甚至還有輻射距離的概念，其照亮區域為圓錐形或金字塔形。

圓形聚光燈有一個圓形的"底"，其寬度由輻射衰減角給出（注意與輻射衰減距離的區別）。并且，有一個描述高亮區的內角度，如圖15.9：

方形聚光燈形成金字塔形狀，而不是圓錐形。方形聚光燈非常有趣，因為常被用來投影圖像，比如電影放映。

最后，環境光指不屬于任何光源而照亮整個場景的光。不考慮環境光，則物體的影子將完全是黑的，因為它們不被任何光源照亮。現實中，這類物體常被間接照亮，環境光是積累這種間接光照最根本的方法。

標準光照方程----概述

光照方程定義了標準光照模型，用于計算單個像素的色彩。標準方程可簡寫為公式15.7：

C_lit = C_spec + C_diff + C_amb

公式15.7   標準光照方程

其中，

（1）C_lit是打開光照情況下計算顏色值的結果，這與關閉光照（注意：相當于用最強光照照射）情況下計算的結果不同。和我們日常生活中的"光照"一詞不同，計算機圖形學中的"光照"是指取關閉光照情況下的紋理顏色值進行計算，一般情況下得到的結果比原紋理顏色值暗。

（2）C_spec是鏡面反射分量。

（3）C_diff是散射分量。

（4）C_amb是環境分量。

物體外觀主要取決于以下四點因素：

（1）物體表面的性質，即材質屬性。

（2）表面的方位與朝向，朝向常用單位法向量表示。

（3）照射來的各光源性質。

（4）觀察者位置。

方程中的三個組成部分，分別考慮了上述因子的不同組合。