经典光照模型（illumination model）

光照模型（ illumination model ），也称为明暗模型，用于计算物体某点处的光强（颜色值）。从算法理论基础而言，光照模型分为两类：一种是基于物理理论的，另一种是基于经验模型的。基于物理理论的光照模型，偏重于使用物理的度量和统计方法，比较典型的有 ward BRDF 模型，其中的不少参数是需要仪器测量的，使用这种光照模型的好处是 “ 效果非常真实 ” ，但是 “ 计算复杂，实现起来也较为困难 ” ；经验模型更加偏重于使用特定的概率公式，使之与一组表面类型相匹配，所以经验模型大都比较简洁，效果偏向理想化。其实两者之间的界限并不是明确到 “ 非黑即白 ” 的地步，无论何种光照模型本质上还是基于物理的，只不过在求证方法上各有偏重而已。从使用角度而言，光照模型分为局部光照模型和全局光照模型。所谓局部光照模型，是将光照的种类进行分解，在计算时只考虑其中的一种；而全局光照模型则是考虑到所有的光照种类。一个比较类似的例子是物理力学，牛顿力学最初是考虑理想状态下的运动方式，无摩擦力；然后慢慢的会在力的条件中考虑到摩擦力因素；接着会学习弹性系数。总之是将一个原本复杂的过程分解为各种子过程，然后渐进叠加。多说一句，光照模型的英文缩写 IM 最好还是记住，在 openGPU 网站上注册时，会被要求填写该英文缩写。

当光照射到物体表面时，一部分被物体表面吸收，另一部分被反射，对于透明物体而言，还有一部分光穿过透明体，产生透射光。被物体吸收的光能转化为热量，只有反射光和透射光能够进入眼睛，产生视觉效果。通过反射和透射产生的光波（光具有波粒二相性）决定了物体呈现的亮度和颜色，即反射和投射光的强度决定了物体表面的亮度，而它们含有的不同波长光的比例决定了物体表面的色彩。所以，物体表面光照颜色由入射光、物体材质，以及材质和光的交互规律共同决定。光与物体最基本的交互方式就是反射，遵循反射定律：反射光与入射光位于表面法向两侧，对理想反射面（如镜面），入射角等于反射角，观察者只能在表面法向的反射方向一侧才能看到反射光。 不过世界上并不存在真正的理想反射体，正如物理学中绝对的匀速状态是不存在的。

环境光 (Ambient Light): 从物体表面所产生的反射光的统一照明，称为环境光或背景光（计算机图形学第二版 389 页）。例如房间里面并没有受到灯光或者太阳光的直接照射，而是由墙壁、天花板、地板及室内各物体之间光的多次反射进行自然照明。通常我们认为理想的环境光具有如下特性：没有空间或方向性；在所有方向上和所有物体表面上投射的环境光强度是统一的恒定值。

由于环境光给予物体各个点的光照强度相同，且没有方向之分，所以在只有环境光的情况下，同一物体各点的明暗程度均一样，因此，只有环境光是不能产生具有真实感的图形效果

环境光是对光照现象的最简单抽象，局限性很大。它仅能描述光线在空间中无方向并均匀散布时的状态。真实的情况是：光线通常都有方向。点光源是发光体的最简单的模型，光线由光源出发向四周发散。还有一种是平行光，即光线都从同一个方向照射。通过模拟方向光和物体表面的交互模式，可以渲染出具有高真实感（明暗变化、镜面反射等）的三维场景

粗糙的物体表面向各个方向等强度地反射光，这种等同地向各个方向散射的现象称为光的漫反射（ diffuse reflection ）。产生光的漫反射现象的物体表面称为理想漫反射体，也称为朗伯（ Lambert ）反射体。

粗糙的物体表面向各个方向等强度地反射光，这种等同地向各个方向散射的现象称为光的漫反射（ diffuse reflection ）。产生光的漫反射现象的物体表面称为 理想漫反射体，也称为朗伯（ Lambert ）反射体。

对于仅暴露在环境光下的朗伯反射体，可以用公式(9-1)表示某点处漫反射的光强：

其中I 表示环境光强度（简称光强），k （0