光的衰減
光隨距離衰減，所以遠(yuǎn)離光源的物體會(huì)變暗一些。現(xiàn)實(shí)世界里，光強(qiáng)度反比于物體和光源距離的平方。
i1 / i2 = d22 / d12
公式15.12
實(shí)際光線衰減反比于距離的平方
此處i為光強(qiáng)，d為距離。
實(shí)踐中，公式15.12并不方便。我們常用另一個(gè)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(nèi)使用線性插值表現(xiàn)光隨距離d的衰減：
如上，實(shí)際有兩個(gè)輻射衰減距離。在dmin內(nèi)，光強(qiáng)不衰減；dmin至dmax，光強(qiáng)有1減至0；超出dmax，光強(qiáng)一律為0。dmin控制開始衰減的距離，常設(shè)為0，表示光一旦射出即開始衰減；dmax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(diǎn)光源和聚光燈（平行光無衰減），聚光燈還多出一個(gè)Hotspot輻射衰減半徑，表示光亮在光錐邊上的衰減。一旦計(jì)算出衰減系數(shù)i，即可將它乘以鏡面反射分量和漫反射分量。記住環(huán)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(xiàn)在是把它們合成到一起的時(shí)候了：
圖15.16顯示了當(dāng)光分量獨(dú)立存在時(shí)，各分量的視覺效果：
有幾點(diǎn)需要注意：耳朵和鼻子一樣亮，其實(shí)它本應(yīng)該在頭部的影子中。這是采用局部光照的結(jié)果，要計(jì)算陰影，必須考慮其他高級(jí)技術(shù)，影子涉及全局光照。前兩幅圖中，因?yàn)闆]有環(huán)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(huán)境光，或者在場景中設(shè)置更多的光源，使得所有面都能被直接照亮。當(dāng)只有環(huán)境光時(shí)，只能看出輪廓。光照是使物體呈現(xiàn)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(dāng)有多個(gè)光源時(shí)，光照方程如何工作？對所有光源求和即可。若Sj表示第j個(gè)光源，j從1...n，n是光源個(gè)數(shù)，光照公式如下：
當(dāng)然因?yàn)榄h(huán)境光只有一個(gè)，所以不做求和。
霧化
現(xiàn)實(shí)中，光線被空氣中無數(shù)粒子反射與折射。如果單位體積內(nèi)粒子的濃度足夠，則它們是可見的，例如煙、灰塵、霧等。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中，上述現(xiàn)象都是通過霧化技術(shù)加以模擬的。想象我們正在注視遠(yuǎn)處的物體，眼睛與物體間的光線受到大量粒子的擾動(dòng)。一些原來直線傳播無法進(jìn)入眼睛的光線，被那些粒子反射而進(jìn)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(shí)像素呈現(xiàn)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(jì)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(shù)并轉(zhuǎn)化為霧濃度呢？幸運(yùn)的是，不必確切知道粒子數(shù)，我們用另一個(gè)值模擬這個(gè)數(shù)。粒子數(shù)依賴兩個(gè)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(jù)這個(gè)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(gè)簡化系統(tǒng)。霧濃度由兩個(gè)距離dmin和dmax控制，像素和眼睛距離小于dmin時(shí)無霧化，隨著距離的增大，霧化逐漸加重，當(dāng)距離大于dmax時(shí)完全霧化。如公式15.15所示：
有兩點(diǎn)注意事項(xiàng)：
（1）該公式假設(shè)霧是空間均勻的，但實(shí)際情況并不總是如此。例如，現(xiàn)實(shí)世界中，霧常在下方較濃，此模型不能表達(dá)這個(gè)現(xiàn)象。
（2）距離的定義是可變的。當(dāng)然，可以用歐式距離，得到球狀霧效果，但需要做開方運(yùn)算。有一種簡化是以攝像機(jī)空間深度z為距離，從而得到線性霧。它的優(yōu)點(diǎn)是速度快，但有一個(gè)惱人的副作用，某一點(diǎn)霧濃度可能因攝像機(jī)朝向的不同而改變，現(xiàn)實(shí)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(jì)算：
cfogged = clit + f(gfog
- clit)
其中：
（1）clit為計(jì)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）gfog為全局霧顏色
（4）cfogged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(zhì)。常需要下列三種信息：
（1）霧化開關(guān)，如果要得到霧化效果，必須打開。
（2）霧的顏色，即上式的gfog。
（3）霧化距離，dmin和dmax。