第5章 五彩的光源(一)

第5章 五彩的光源(一)

1、本章你将了解怎么使用光源

2、以及各种光源的区别,这些区别会通过实例对比来给大家讲清楚。这种对比方式应该是讲解最好的思路。

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1 世界有了光,就不在黑暗

宇宙间的物体有的是发光的,有的是不发光的,我们把发光的物体叫做光源。太阳、电灯、燃烧着的蜡烛等都是光源。

在Threejs的世界里,有了光,就不会在黑暗。

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2 Threejs中的各种光源

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。

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);

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。

可以看出,所有的具体光源都继承与THREE.Light类。下面我们来具体看一下,其他光源。

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3 环境光

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)

环境光用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。

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4 点光源

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。

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5 聚光灯

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。

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6 材质与光源的关系

材质与光源有什么关系,这是一个容易傻傻分不清的问题。在没有深入讲解前,我们只能说它们是相互联系,相互依托的关系。

我们会在后面的章节专门来解释什么是材质,不过这里也需要简单的给你介绍一下。

1、 材质的真相

材质是啥子(四川话),材质就是物体的质地。我们可以用撤分文字的方法来理解。材质就是材料和质感的完美结合。

如果你还不理解,那么看看下面我引用的这段话:

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。举例来说,借助夜晚微弱的天空光,我们往往很难分辨物体的材质,因为他们很多都表现出黑色,我们难以区分是铝合金,还是塑料的。而在正常的照明条件下,则很容易分辨。另外,在彩色光源的照射下,我们也很难分辨物体表面的颜色,在白色光源的照射下则很容易。这种情况表明了物体的材质与光的微妙关系。下面,我们将具体分析两者间的相互作用。

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。,

7 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。

代码如下,你可以在5-1.html中发现。

<!DOCTYPE html>
<html>
	<head>
		<meta charset="UTF-8">
		<title>Three框架</title>
		<script src="js/three.js"></script>
		<style type="text/css">
			div#canvas-frame {
				border: none;
				cursor: pointer;
				width: 100%;
				height: 600px;
				background-color: #EEEEEE;
			}

		</style>
		<script>
            var renderer;
            function initThree() {
                width = document.getElementById('canvas-frame').clientWidth;
                height = document.getElementById('canvas-frame').clientHeight;
                renderer = new THREE.WebGLRenderer({
                    antialias : true
                });
                renderer.setSize(width, height);
                document.getElementById('canvas-frame').appendChild(renderer.domElement);
                renderer.setClearColor(0xFFFFFF, 1.0);
            }

            var camera;
            function initCamera() {
                camera = new THREE.PerspectiveCamera(45, width / height, 1, 10000);
                camera.position.x = 600;
                camera.position.y = 0;
                camera.position.z = 600;
                camera.up.x = 0;
                camera.up.y = 1;
                camera.up.z = 0;
                camera.lookAt({
                    x : 0,
                    y : 0,
                    z : 0
                });
            }

            var scene;
            function initScene() {
                scene = new THREE.Scene();
            }

            var light;
            function initLight() {
            }

            var cube;
            function initObject() {
                var geometry = new THREE.CubeGeometry( 200, 100, 50,4,4);
                var material = new THREE.MeshLambertMaterial( { color:0xFFFFFF} );
                var mesh = new THREE.Mesh( geometry,material);
                mesh.position = new THREE.Vector3(0,0,0);
                scene.add(mesh);
            }

            function threeStart() {
                initThree();
                initCamera();
                initScene();
                initLight();
                initObject();
                renderer.clear();
                renderer.render(scene, camera);
            }

		</script>
	</head>

	<body onload="threeStart();">
		<div id="canvas-frame"></div>
	</body>
</html>

现在我们来解析一下:

1、 在A处,关于灯光的代码,什么也没有做。也就是Threejs中没有添加任何灯光。

2、 在B处,我们使用了兰伯特材质,并将这种材质赋予了黑色,所以,你才会发现最后的效果是黑色。如果,我们把材质颜色设置为红色,那么物体是不是就会显示红色呢?

答案是否定的,这是因为,在场景中没有任何光源的情况下,物体不能反射光源到人的眼里,所以物体应该是黑色的。这与物体的材质颜色几乎没有关系。打个比方,在月高风黑夜,伸手不见五指的夜晚,一群穿着彩衣的美女在你面前跳舞,你能分辨出他们是穿的彩色衣服吗?不能。

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。

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8 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:

我们来看看代码,你可以在5-2.html中找到它,这里不存在环保问题,所以,我把所有代码都列出来了。

	<!DOCTYPE html>
<html>
	<head>
		<meta charset="UTF-8">
		<title>Three框架</title>
		<script src="js/three.js"></script>
		<style type="text/css">
			div#canvas-frame {
				border: none;
				cursor: pointer;
				width: 100%;
				height: 600px;
				background-color: #EEEEEE;
			}

		</style>
		<script>
            var renderer;
            function initThree() {
                width = document.getElementById('canvas-frame').clientWidth;
                height = document.getElementById('canvas-frame').clientHeight;
                renderer = new THREE.WebGLRenderer({
                    antialias : true
                });
                renderer.setSize(width, height);
                document.getElementById('canvas-frame').appendChild(renderer.domElement);
                renderer.setClearColor(0xFFFFFF, 1.0);
            }

            var camera;
            function initCamera() {
                camera = new THREE.PerspectiveCamera(45, width / height, 1, 10000);
                camera.position.x = 600;
                camera.position.y = 0;
                camera.position.z = 600;
                camera.up.x = 0;
                camera.up.y = 1;
                camera.up.z = 0;
                camera.lookAt({
                    x : 0,
                    y : 0,
                    z : 0
                });
            }

            var scene;
            function initScene() {
                scene = new THREE.Scene();
            }

            var light;
            function initLight() {
            // A start
                light = new THREE.AmbientLight(0xFF0000);
                light.position.set(100, 100, 200);
                scene.add(light);
            // A end

            }

            var cube;
            function initObject() {
                var geometry = new THREE.CubeGeometry( 200, 100, 50,4,4);
                // B start
                var material = new THREE.MeshLambertMaterial( { color:0x880000} );
                // B end
                var mesh = new THREE.Mesh( geometry,material);
                mesh.position = new THREE.Vector3(0,0,0);
                scene.add(mesh);
            }

            function threeStart() {
                initThree();
                initCamera();
                initScene();
                initLight();
                initObject();
                renderer.clear();
                renderer.render(scene, camera);
            }

		</script>
	</head>

	<body onload="threeStart();">
		<div id="canvas-frame"></div>
	</body>
</html>


好了,我们来分析一下这段代码。

1、 在A处,我们设置了一个红色的环境光,并把它放在了一个位置上。

2、 在B处,我们使用了淡红色的兰伯特材质。

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。

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9 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。

 

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