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光照基本知识是什么?

现实世界中,人眼对物体颜色的感知,不仅取决于物体的属性,还和周围环境中的各种光源有关。因此,要真实客观地描述物体的颜色,就要从产生物体颜色的光照开始,这里所关心的光照是可见光,即电磁波谱中人眼可以感知的部分,波长在400~700nm之间波长不同的电磁波,引起人眼的颜色感觉不同。例如,770~622nm为红色;622~597nm为橙色;597~577nm为黄色;577~492nm为绿色;492~455nm为蓝靛色;455~350nm为紫色。一般地,人们看到的是所谓的混合光,即红、绿、蓝等单色光混合在一起的光,不同比例的混合过程使光照表现出不同的颜色。

一般地,光照射到一个物体表面上时,可出现反射、透射和吸收三种现象。首先,光可以通过物体表面向空间反射,产生反射光;然后对于透明物体,光可以穿透物体并从另一端射出,产生透射光;最后,部分光将被物体表面吸收而转化为热能而能进入人眼视觉的只有相应产生的反射光和透射光。

在简单光照模型中,只考虑光源照射在物体表面产生的反射光,物体表面的颜色仅由反射光决定。反射光又可分解为三个分量成分即环境反射、漫反射和镜面反射,其中环境反射是入射光均匀地从周围环境入射到物体表面后等量地向各个方向反射的光,通常物体表面还会受到从周围环境来的反射光(如来自地面、天空,或室内经多次反射的光)的照射,这些光常统称为环境光(Ambient Light)。漫反射分量表示特定光源在景物表面的反射光中那些向空间各方向均匀反射出去的光,这些光常称为漫射光(DiffuseLight)。镜面反射光为朝一定方向的反射光,如一个点光源照射一个金属球时会在球面上形成一块特别亮的区域,呈现出所谓的“高光(High Light)”,它是光源在金属球面上产生的镜面反射光(Specular Light)。

OpenGL中简单光照模型中的主要光有辐射光(Emitted Light)、环境光、漫射光、镜面光。

辐射光是最简单的一种光,它直接从物体发出并且不受任何光源影响。

环境光是由光源发出经环境多次散射而无法确定其方向的光。一般来说,房间里的环境光成分要多些,户外的相反要少得多,因为大部分光按相同方向照射,而且在户外很少有其他物体反射的光。当环境光照到曲面上时,它在各个方向上均等地发散。

通常,漫射光就是由漫反射产生的光,而漫反射就是投射在粗糙面上的光线向各个方向反射的现象。当一束平行的入射光线射到粗糙的表面时,表面会把光线向着四面八方反射,所以入射光线虽然互相平行,但由于各点的法线方向不一致,造成反射光线向不同的方向无规则地反射,这种反射称之为“漫反射”或“漫射”。这种反射的光称为漫射光。

由镜面反射产生镜面光,镜面反射是指反射波有确定方向的反射;其反射波的方向与反射平面的法线夹角(反射角)与入射波方向与该反射平面法线的夹角(入射角)相等,且入射波、反射波,及平面法线同处于一个平面内。镜面光来自特定方向并沿另一方向反射出去,一个平行激光束在高质量的镜面上产生100%的镜面反射。

内容来源:苗志宏 《虚拟现实技术基础与应用》

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