- 掌握 Direct3D 支持的光源类型及其发光形式，理解光照的定义方式，弄清光线与表面的交互机理。

- 学会用数学语言描述三角形单元的朝向，从而判断光线入射角对面的影响。

- 明白如何通过光照提升场景真实感，帮助刻画物体的形状与立体感。

光照的基本思想

- 在场景中添加光照可提升真实感，光照通过影响顶点颜色来描述物体的光泽与明暗。Direct3D 会在光照计算引擎中，基于光源类型、材质以及表面对光源的朝向，计算出顶点的颜色值。这使绘制结果更具真实感。

光照模型的三大分量

- 环境光：来自场景中其他表面的反射，均匀照亮整个场景，即使某些区域未直接处于光源照射下。用环境光可在较低成本下近似实现全局无方向性的反射光。

- 漫射光：沿特定方向传播，并在到达表面后向各个方向均匀反射。由于漫射光在不同观察方向上亮度一致，因此不需要考虑观察者位置，只需考虑光的入射方向与表面法向。

- 镜面光：在特定方向上传播的光，到达表面后按一定角度反射，形成观测角度范围内的高光点。镜面光需要同时考虑入射方向、表面朝向以及观察点的位置，因此计算量较大。Direct3D 提供开启与否的开关，一般初始为关闭状态，启用时需要设置绘制状态。

光线的表示

- 每种光源的颜色可用结构体 D3DCOLORVALUE 或 D3DXCOLOR 表示，描述光的颜色分量。需要注意的是，Alpha 通道在光照计算中会被忽略。

- 现实世界中的物体颜色由其对光的反射属性决定。Direct3D 通过材质来模拟这一现象，材质定义了物体对不同颜色光的反射比例。

材质的组成

- Diffuse：对漫射光的反射率。

- Ambient：对环境光的反射率。

- Specular：对镜面光的反射率。

- Emissive：自发光分量，用于增强亮度感。

- Power：镜面高光点的锐度，数值越大高光越集中。

- 通过改变材质的分量，可以控制在各种光照条件下表面对不同颜色的光的反射强度。

颜色系示例

- 若某材质对绿色与蓝色光的反射为 0%，而对红色光的反射为 100%，则该物体在红光下呈现红色；若同时对三原色都反射，结果会偏白。若仅发射蓝色光照射红色物体，则该物体会变黑，因为蓝光被吸收。

顶点法线与面法线

- 面法线描述多边形的朝向，用于确定光线与面的入射角。VSport

- 顶点法线是每个顶点处的法线方向，用于在顶点级别进行光照计算。顶点法线与面法线不必完全一致，复杂网格常出现差异。

- 为一个顶点定义顶点法线，需要在顶点结构中增加法线向量字段，光照计算从这些顶点法线处进行。

法线的计算与应用

- 面法线 n 的计算：给定三角形的顶点 p0、p1、p2，设 u = p1 − p0，v = p2 − p0，则 n = u × v。若顶点顺序为顺时针，法线方向按该顺序确定；若为逆时针，方向相反。

- 顶点法线的求取通常避免直接沿用面的法线，采用共享顶点的面法向量的加权平均来获得顶点法线：若顶点 V 被 n0、n1、n2 三个相邻三角形共享，则 Vn = (n0 + n1 + n2) / 3。变换完成后，常对法线进行规范化处理以保持单位向量性质。

- 为确保渲染时法线始终单位化，可在后续阶段设置绘制状态让法线重新规范。

Direct3D 的三种光源

- 点光源：在世界坐标系中具有固定位置，向各个方向发光，如同太阳。

- 方向光：不具备位置，只沿某一固定方向平行传播光线。

- 聚光灯：具备位置，光线以锥形聚集沿指定方向发射，锥形由内部角和外部角描述，类似手电筒的光束。

光源的表示与属性

- 光源采用结构 D3DLIGHT9 表示，常用字段包括：

- Type：光源类型，取值为 D3DLIGHT_POINT、D3DLIGHT_SPOT、D3DLIGHT_DIRECTIONAL。

- Diffuse、Specular、Ambient：光源的漫射、镜面及环境光颜色。

- Position：光源在世界坐标系中的位置（对方向光无意义）。

- Direction：光在世界坐标系中的传播方向（对点光与聚光灯无意义）。

- Range：光线的最大有效距离（对方向光无意义）。

- Falloff：聚光灯的强度衰减方式，通常配合 Theta、Phi 使用。

- Attenuation0、Attenuation1、Attenuation2：距离衰减系数，常用于点光源与聚光灯，公式为 attenuation = 1 / (Attenuation0 + Attenuation1 · D + Attenuation2 · D^2)。

- Theta、Phi：聚光灯的内部锥角与外部锥角，单位为弧度。

光源初始化与管理

- 直接创建简单光源的过程较为繁琐，因此可通过定义若干辅助函数来快速初始化光源，如 InitDirectionalLight、InitPointLight、InitSpotLight 等，便于设置常见参数。

- 将初始化后的光源交给 Direct3D 进行注册，注册成功后即可在内部光源列表中进行管理与控制。

- 注册完成后，可以通过设置绘制状态来开启或关闭光源的影响。

核心要点总结

- Direct3D 的光照由环境光、漫射光与镜面光三大分量构成，镜面光需要额外的计算量并可选择性开启。

- 顶点法线在顶点级别决定了光照的入射角，面法线用于描述面片方向，顶点法线往往通过共享面法线的平均来得到更平滑的效果。

- 材质属性决定物体对不同颜色光的反射比例，进而影响最终的颜色呈现。

- D3DLIGHT9 是描述光源的核心结构，包含光源类型、颜色、位置、方向、衰减及聚光参数等字段，初始化与注册后即可实现光源的控制。