探索光照技术奥秘，揭开3D视觉之美

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2023-10-21 14:30:02

一、光照相关基本知识

1.1 环境光（Ambient Lightiing）

环境光（Ambient Lightiing）不来自任何特定方向的光，而是一种均匀分布的光，它为场景提供基础照明，使物体在没有直接光源的情况下也能被看到。环境光通常用纯色表示，如白色或灰色。

1.2 漫反射（Diffuse Reflection）

漫反射是指光线均匀地向各个方向散射。当光线照射到粗糙或不平整的表面时，就会发生漫反射。漫反射光通常比镜面反射光更柔和，它能使物体呈现出柔和的阴影和质感。

1.3 镜面反射（Specular Reflection）

镜面反射是指光线以与入射角相等的反射角从表面反射出去。当光线照射到光滑或平整的表面时，就会发生镜面反射。镜面反射光通常比漫反射光更明亮，它能使物体呈现出耀眼的高光。

1.4 法线贴图（Normal Map）

法线贴图是一种纹理贴图，它存储了表面每个像素的表面法线信息。法线贴图可以模拟粗糙或不平整的表面，使物体在光照下呈现出更真实的细节。

1.5 天空盒（Skybox）

天空盒是一种虚拟的立方体，它包围着整个场景。天空盒的内部纹理通常是一张全景图，它可以模拟天空的景色。天空盒可以增强场景的真实感和沉浸感。

1.6 HDRI（High Dynamic Range Imaging）

HDRI是一种高动态范围图像格式，它可以存储比普通图像更宽的亮度范围。HDRI通常用于模拟自然光源，如太阳和天空。HDRI可以使场景的光照效果更加逼真和自然。

二、光照技术实践应用

2.1 实时渲染

实时渲染是指在计算机屏幕上实时生成图像的过程。实时渲染的光照技术主要包括光栅化和光线追踪两种。光栅化是一种快速的光照技术，它通过将场景中的多边形投影到屏幕上，然后计算每个像素的颜色来生成图像。光线追踪是一种更准确的光照技术，它通过模拟光线的传播来生成图像。光线追踪可以产生更逼真的光照效果，但计算成本也更高。

2.2 全局光照（Global Illumination）

全局光照是指模拟光线在场景中多次反射和散射的过程。全局光照可以产生更逼真的光照效果，但计算成本也更高。全局光照技术主要包括路径追踪和辐射度计算两种。路径追踪是一种直接的全局光照技术，它通过模拟光线从光源到摄像机的路径来计算每个像素的颜色。辐射度计算是一种间接的全局光照技术，它通过计算场景中每个点的辐射度来计算每个像素的颜色。

2.3 局部光照（Local Illumination）

局部光照是指只模拟光线与物体表面的一次交互过程。局部光照技术主要包括Phong光照模型和Blinn-Phong光照模型两种。Phong光照模型是一种简单的局部光照模型，它假设光线与物体表面只发生一次漫反射和一次镜面反射。Blinn-Phong光照模型是一种更复杂的局部光照模型，它假设光线与物体表面可以发生多次漫反射和镜面反射。