23. 经典光照 | 游戏引擎浅入浅出

## 23. 经典光照

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计算机渲染做的工作就是模拟真实世界的效果。

真实世界是一个物理、化学世界，这是一个超级复杂的世界，用世界上最强大的计算机都没办法进行计算的世界。

在`22. Physx物理引擎`这一章介绍物理引擎时就说过，想要完全模拟真实世界是不可能的，物理是如此，光照也是如此。

### 1. 现实中的光照

太阳光是由多种波长的光组成的，有不可见的紫外线、红外线灯的，也有可见的紫蓝青绿黄橙红。

在白天，我看见一朵红色的花。

![](md/cpp-game-engine-book/imgs/classic_lighting/classic_lighting/red_flower.jpg)

是因为组成花的这一堆原子，它吸收了太阳光中 `除红色可见光的` 其他波长的光，然后将 `红色可见光` 反射到我的眼睛里。

然后我的眼睛告诉大脑，这朵花是红色的。

现在我带着这朵花来到了另一个星系，这个星系里的恒星和太阳不同，它发出的光，没有红色可见光！

这下好了，这朵花将所有波长的光都吸收了，没有任何可见光反射到我的眼睛。

我的眼睛告诉大脑，这里没有东西，那大脑就在这里，以花的形状，创建了一块黑色区域，也就是黑色的花。

![](md/cpp-game-engine-book/imgs/classic_lighting/classic_lighting/black_flower.jpg)

一束光，是由无数个光子组成的。

太阳燃烧发出光线，被红色的花吸收、反射。

其实是无数个光子，从太阳出发，以光速向这朵花飞来。

红色可见光波长的光子，被组成花的原子反弹，弹到我的眼睛里，我看到了红色的花。

其他波长的光子，全部打进了花里面，光子与组成花的原子发生碰撞，产生了热量，所以阳光下的花暖暖的。

这本质上是物理现象。

前面就说过了，计算机没有办法完全计算出现实世界的物理现象，只能模拟！

那么光照这种物理现象，也只能模拟！！！<a id="antiCollectorAdTxt" href="https://github.com/ThisisGame/cpp-game-engine-book">「游戏引擎 浅入浅出」是一本开源电子书，PDF/随书代码/资源下载： https://github.com/ThisisGame/cpp-game-engine-book</a>

### 2. 模拟光照

还记得上一节的物理模拟，怎么模拟两个物体碰撞吗？

创建无数个原子，组成物体，然后碰撞的时候计算每个原子的势能？

这是不可能的，没有这么大的算力。

搞两个立方体盒子，算算距离，检测下是否立方体相交就可以了。

那么模拟光照也是这样，搞这么真干嘛，想搞也搞不了，做做样子就可以了。

### 3. 光源

太阳比地球大很多倍，对地球来说，太阳光照射到地球不同地方的强度几乎是一致的，我们称之为方向光(Directional Light)。

太阳燃烧发出无数光子，以光速，朝着花朵的方向射来。

模拟的太阳也没法发光，只能配置个方向。

光源只是一组参数，用来配置光的朝向。

有的光源，例如小彩灯，距离越远看起来越暗，我们称之为点光(Point Light)。

### 4. 光照模型

游戏中不同的物体，在受到相同光照下，表现不同。

例如UI是完全不受光照影响，我们就称之为无光照模型(No Lighting)。

有的物体只正面会被光照影响，而背面则完全不管，就称之为漫反射光照模型(Diffuse Lighting)。

有的物体如金属、塑料，被光照射后，会有明显的一块地方，比其他地方更亮，这就是高光模型(Specular Lighting)。