Threejs中的各种光源(Threejs第二章)

作为3D技术的发展趋势,浏览器端3D技术越来越被一些技术公司重视。由此,Threejs非常注重3D渲染效果的真实性,对渲染真实性来说,使用光源是比不可少的技巧。Threejs,在光源方面提供了多种光源供选择。

第二章

1.Threejs中的各种光源

1.1光源基类

在Threejs中,光源用Light表示,它是所有光源的基类。它的构造函数是:
THREE.Light ( hex )

它有一个参数hex,接受一个16进制的颜色值。例如要定义一种红色的光源,我们可以这样来定义:

Var redLight = new THREE.Light(0xFF0000);

1.2由基类派生出来的其他种类光源

THREE.Light只是其他所有光源的基类,要让光源除了具有颜色的特性之外,我们需要其他光源。看看,下面的类图,是目前光源的继承结构。

环境光是经过多次反射而来的光称为环境光,无法确定其最初的方向。环境光是一种无处不在的光。环境光源放出的光线被认为来自任何方向。因此,当你仅为场景指定环境光时,所有的物体无论法向量如何,都将表现为同样的明暗程度。 (这是因为,反射光可以从各个方向进入您的眼睛)

1.2.1 环境光

THREE.AmbientLight来表示,它的构造函数如下所示:
THREE.AmbientLight( hex )

它仍然接受一个16进制的颜色值,作为光源的颜色。环境光将照射场景中的所有物体,让物体显示出某种颜色。环境光的使用例子如下所示:

var light = new THREE.AmbientLight( 0xff0000 );
scene.add( light );

只需要将光源加入场景,场景就能够通过光源渲染出好的效果来了。

1.2.2点光源

由这种光源放出的光线来自同一点,且方向辐射自四面八方。例如蜡烛放出的光,萤火虫放出的光。

点光源用PointLight来表示,它的构造函数如下所示:

PointLight( color, intensity, distance )

这个类的参数稍微复杂一些,我们花点时间来解释一下:

  • Color:光的颜色

  • Intensity:光的强度,默认是1.0,就是说是100%强度的灯光,

  • distance:光的距离,从光源所在的位置,经过distance这段距离之后,光的强度将从Intensity衰减为0。 默认情况下,这个值为0.0,表示光源强度不衰减。

#####1.2.3聚光灯
这种光源的光线从一个锥体中射出,在被照射的物体上产生聚光的效果。使用这种光源需要指定光的射出方向以及锥体的顶角α。聚光灯示例如图所示:

聚光灯的构造函数是:

THREE.SpotLight( hex, intensity, distance, angle, exponent )

函数的参数如下所示:

  • Hex:聚光灯发出的颜色,如0xFFFFFF

  • Intensity:光源的强度,默认是1.0,如果为0.5,则强度是一半,意思是颜色会淡一些。和上面点光源一样。

  • Distance:光线的强度,从最大值衰减到0,需要的距离。 默认为0,表示光不衰减,如果非0,则表示从光源的位置到Distance的距离,光都在线性衰减。到离光源距离Distance时,光源强度为0.

Angle:聚光灯着色的角度,用弧度作为单位,这个角度是和光源的方向形成的角度。

exponent:光源模型中,衰减的一个参数,越大衰减约快。

2.材质与光源的关系

材质与光源有什么关系?什么是材质?

2.1 材质的真相

材质就是物体的质地。材质就是材料和质感的完美结合。

在渲染程序中,它是表面各可视属性的结合,这些可视属性是指表面的色彩、纹理、光滑度、透明度、反射率、折射率、发光度等。正是有了这些属性,才能让我们识别三维中的模型是什么做成的,也正是有了这些属性,我们计算机三维的虚拟世界才会和真实世界一样缤纷多彩。

这就是材质的真相吗?答案是否定的。不要奇怪,我们必须仔细分析产生不同材质的原因,才能让我们更好的把握质感。那么,材质的真相到底是什么呢?仍然是光,离开光材质是无法体现的。 

首先,我们来看一些例子。这些例子是一系类的,掌握一个,我们就印下了一个脚印.

2.2 脚印一:不带任何光源的物体

我们首先在屏幕上画一个物体,不带任何的光源,定义物体的颜色为黑色,其值为0x000000,定义材质如下:

var material = new THREE.MeshLambertMaterial( { color:0x000000} ); // 这是兰伯特材质,材质中的一种

先看看最终的运行截图,如下所示:

由这幅图得出结论,当没有任何光源的时候,最终的颜色将是材质的颜色。但是这个结论目前来说,并没有依据。

结论:当没有任何光源的时候,最终的颜色将是黑色,无论材质是什么颜色。

2.3 脚印二:兰伯特材质与光源

最常见的材质之一就是Lambert材质,这是在灰暗的或不光滑的表面产生均匀散射而形成的材质类型。比如一张纸就是Lambert表面。 首先它粗糙不均匀,不会产生镜面效果。我们在阅读书籍的时候,没有发现书上一处亮,一处不亮吧,它非常均匀,这就是兰伯特材质。

有的朋友觉得纸不粗糙啊,你怎么说它粗糙吗?人的肉眼是不好分辨出来,它粗不粗糙的。

Lambert材质表面会在所有方向上均匀地散射灯光,这就会使颜色看上去比较均匀。想想一张纸,无论什么颜色,是不是纸的各个部分颜色都比较均匀呢。

Lambert材质的图例如下所示:

Lambert材质会受环境光的影响,呈现环境光的颜色,与材质本身颜色关系不大。

我们现在来做一个例子

例子:红色环境光照射下的长方体,它用的是淡红色(0x880000)的兰伯特材质。效果如下图:

最后整个效果中,长方体呈现的是红色。我们要说的是,长方体显示红色,是因为长方体反射了红色的光,长方体本身的颜色是0x880000,光源的颜色是0xFF0000,红色的光照在物体上,物体反射了红色的光,所以呈现红色。

我们现在一直在使用环境光,从环境光的构造函数来看,它只有颜色,其位置对场景中的物体并没有影响,因为他是均匀的反射到物体的表面的。

2.4 脚印三:环境光对物体的影响

环境光就是在场景中无处不在的光,它对物体的影响是均匀的,也就是无论你从物体的那个角度观察,物体的颜色都是一样的,这就是伟大的环境光。

你可以把环境光放在任何一个位置,它的光线是不会衰减的,是永恒的某个强度的一种光源。

2.5脚印四:方向光(平行光)

平行光又称为方向光(Directional Light),是一组没有衰减的平行的光线,类似太阳光的效果。

方向光的模型如图:

方向光的构造函数如下所示:

THREE.DirectionalLight = function ( hex, intensity )

其参数如下:

  • Hex:关系的颜色,用16进制表示

  • Intensity:光线的强度,默认为1。因为RGB的三个值均在0~255之间,不能反映出光照的强度变化,光照越强,物体表面就更明亮。它的取值范围是0到1。如果为0,表示光线基本没什么作用,那么物体就会显示为黑色。呆会你可以尝试来更改这个参数,看看实际的效果

我们来看一个方向光的例子:

一个红色的方向光,把它放在(0,0,1)的位置,密度为1,照射在一个长方体中。效果如下图所示:

平行光有一个方向,它的方向是如何决定的呢?
方向由位置原点(0,0,0)来决定,方向光只与方向有关,与离物体的远近无关。分别将平行光放到(0,0,100),(0,0,50),(0,0,25),(0,0,1),渲染的结果还是红色和黑色,见下图,颜色的深浅不与离物体的距离相关。

但是它与方向有关,如果,我们灯光的位置改为(1,0,0.5),那么效果如图所示:

未完待续


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