光的衰減

光隨距離衰減，所以遠離光源的物體會變暗一些。現實世界里，光強度反比于物體和光源距離的平方。

i₁ / i₂ = d₂² / d₁²

公式15.12    實際光線衰減反比于距離的平方

此處i為光強，d為距離。

實踐中，公式15.12并不方便。我們常用另一個簡單的基于輻射衰減距離的模型替代，在輻射衰減距離之外，光線將完全衰減為0。通常，可在光線有效射程內使用線性插值表現光隨距離d的衰減：

如上，實際有兩個輻射衰減距離。在d_min內，光強不衰減；d_min至d_max，光強有1減至0；超出d_max，光強一律為0。d_min控制開始衰減的距離，常設為0，表示光一旦射出即開始衰減；d_max是真正的衰減距離，此距離之外，光完全失效。

距離衰減也適用于點光源和聚光燈（平行光無衰減），聚光燈還多出一個Hotspot輻射衰減半徑，表示光亮在光錐邊上的衰減。一旦計算出衰減系數i，即可將它乘以鏡面反射分量和漫反射分量。記住環境光是不衰減的，這很顯然。

光照方程----合成

前面分別討論了光照方程的各分量，現在是把它們合成到一起的時候了：

圖15.16顯示了當光分量獨立存在時，各分量的視覺效果：

有幾點需要注意：耳朵和鼻子一樣亮，其實它本應該在頭部的影子中。這是采用局部光照的結果，要計算陰影，必須考慮其他高級技術，影子涉及全局光照。前兩幅圖中，因為沒有環境光，頭背向光源的部分為全黑。若想照亮物體的背向部分，必須使用環境光，或者在場景中設置更多的光源，使得所有面都能被直接照亮。當只有環境光時，只能看出輪廓。光照是使物體呈現3D外觀的重要武器，為了避免這種卡通效果，我們可以使用足夠多的光源使場景中的所有表面都被直接照亮。

當有多個光源時，光照方程如何工作？對所有光源求和即可。若S_j表示第j個光源，j從1...n，n是光源個數，光照公式如下：

當然因為環境光只有一個，所以不做求和。

霧化

現實中，光線被空氣中無數粒子反射與折射。如果單位體積內粒子的濃度足夠，則它們是可見的，例如煙、灰塵、霧等。計算機圖形學中，上述現象都是通過霧化技術加以模擬的。想象我們正在注視遠處的物體，眼睛與物體間的光線受到大量粒子的擾動。一些原來直線傳播無法進入眼睛的光線，被那些粒子反射而進入眼睛，這就是我們"看到"空氣中粒子的原因。最后的視覺效果上，物體的顏色向霧的顏色偏移，粒子越多，偏移越大。

霧濃度在[0, 1]間取值，控制霧化程度。濃度0表示無霧化，濃度1表示完全霧化，這時像素呈現霧的顏色，最終的顏色值由物體顏色和霧顏色線性插值求得。如何計算霧濃度？前面提到，大氣中粒子越多，霧化越顯著。然而，如何知道粒子數并轉化為霧濃度呢？幸運的是，不必確切知道粒子數，我們用另一個值模擬這個數。粒子數依賴兩個因素：場景中的全局武濃度和眼睛與物體間的距離。

眼睛與物體間的距離容易得到。于是，剩下的就是根據這個距離由霧濃度求得像素顏色。如何定義霧的濃度和單位呢？我們不直接定義，而是用一個簡化系統。霧濃度由兩個距離d_min和d_max控制，像素和眼睛距離小于d_min時無霧化，隨著距離的增大，霧化逐漸加重，當距離大于d_max時完全霧化。如公式15.15所示：

有兩點注意事項：

（1）該公式假設霧是空間均勻的，但實際情況并不總是如此。例如，現實世界中，霧常在下方較濃，此模型不能表達這個現象。

（2）距離的定義是可變的。當然，可以用歐式距離，得到球狀霧效果，但需要做開方運算。有一種簡化是以攝像機空間深度z為距離，從而得到線性霧。它的優點是速度快，但有一個惱人的副作用，某一點霧濃度可能因攝像機朝向的不同而改變，現實世界中這是不可能的。

一旦得到[0, 1]間的霧濃度，像素顏色就可以用如下線性插值公式計算：

c_fogged = c_lit + f(g_fog - c_lit)

其中：

（1）c_lit為計算光照后的物體表面顏色

（2）f為公式15.15得出的霧濃度

（3）g_fog為全局霧顏色

（4）c_fogged為最終效果

為了在場景中得到霧化效果，必須向API說明霧的性質。常需要下列三種信息：

（1）霧化開關，如果要得到霧化效果，必須打開。

（2）霧的顏色，即上式的g_fog。

（3）霧化距離，d_min和d_max。