WebGL 中的平行光和漫反射：实现逼真光照效果
2023-09-02 07:44:36
前言
光照是计算机图形学中一个至关重要的方面，它使我们能够创建逼真的 3D 场景。WebGL，作为一种用于在网页上渲染 3D 图形的 API，提供了强大且灵活的光照模型，使开发者能够实现各种光照效果。在这篇文章中，我们将深入探讨 WebGL 中的平行光和漫反射，并提供一个全面的指南，帮助你理解和实现逼真的光照效果。
一、光照基础
1.1 光照模型
光照模型是一个数学模型，它模拟光线与表面之间的相互作用。在 WebGL 中，光照模型被定义为一组光源和一组材质属性。光源定义了光线的方向、颜色和强度，而材质属性定义了表面如何反射光线。
1.2 光照类型
WebGL 支持多种光照类型，包括平行光、点光源和环境光。平行光模拟来自无限远处的平行光线，而点光源模拟来自特定点的光线。环境光模拟来自各个方向的均匀光照，通常用于营造场景的整体照明。
二、平行光
2.1 平行光特性
平行光具有以下特性：
- 方向固定： 平行光来自一个固定的方向，不会随着观察者的位置或表面的朝向而改变。
- 均匀强度： 平行光在整个场景中具有均匀的强度，不会随着距离光源的远近而衰减。
2.2 应用场景
平行光常用于模拟阳光或其他来自远方的光源。由于其均匀性和方向性，平行光非常适合创建硬阴影和明确的高光。
三、漫反射
3.1 漫反射概念
漫反射是一种光照模型，它模拟光线均匀地从表面反射到各个方向。漫反射表面不产生镜面反射，这意味着光线不会在特定方向上反射。
3.2 漫反射方程
漫反射方程如下：
Fr = kd * Li * (N dot L)
其中：
Fr是反射光强度kd是漫反射系数，表示材料的漫反射能力Li是入射光强度N是表面法线L是入射光方向
3.3 应用场景
漫反射常用于模拟粗糙或漫射的表面，如墙壁、布料和皮肤。它可以产生逼真的、均匀的光照效果，不会产生明显的镜面反射。
四、在 WebGL 中实现平行光和漫反射
4.1 设置平行光
// 创建平行光
const light = new THREE.DirectionalLight(0xffffff, 1);
// 设置光照方向
light.position.set(10, 10, 10);
// 添加光照到场景
scene.add(light);
4.2 设置漫反射材质
// 创建漫反射材质
const material = new THREE.MeshLambertMaterial({
color: 0xffffff,
kd: 0.8, // 设置漫反射系数
});
// 应用材质到对象
object.material = material;
五、高级技术
5.1 反射贴图
反射贴图是一种纹理贴图，它存储了环境中场景的反射。通过使用反射贴图，我们可以模拟复杂的光照交互，例如间接照明和镜面反射。
5.2 法线贴图
法线贴图是一种纹理贴图，它存储了表面法线的信息。通过使用法线贴图，我们可以模拟凹凸不平的表面，从而增强物体的外观和光照效果。
结论
平行光和漫反射是 WebGL 光照模型的重要组成部分，使我们能够实现逼真的光照效果。通过理解这些概念并应用高级技术，我们可以创建令人惊叹的 3D 网页体验，为用户带来身临其境的感觉。
