Hello，大家好，今天給大家帶來燈光基礎知識之燈光原理和特性，我是幾維。沒有光，我們人的眼睛就不能看到物體，分辨不出不同物體的外形與材質(物體屬性)。今天我們一起聊一聊燈光的基礎知識以及燈光的基本特性。
1、什麼是燈光？
簡單來說燈光就是一種能量的放射，燈光有很多種傳播方式。在均一介質中，光線是沿直線傳播的。
2、光線來自於哪裏？
太陽，人造燈光，反彈光，天光，反射。
3、反射、折射、吸收
在了解這三個概念之前，需要簡單了解可見光譜。可見光譜是人的視覺可以感受到的光譜。可見光主要的天然光源是太陽，主要的人造光源是白熾物體（比如白熾燈）。同時是連續的。可見光由七種不同顏色的光組成，紅、橙、黃、綠、靛、藍、紫。
如圖左加法三原色，又稱色光三原色。燈光中需要使用到的RGB概念。
反射：當光線照射在相同的物質的相同角度，發生反射。
折射：在當光線既沒有反射也沒有被吸收而是穿過材質。
吸收：如果物體表現出紅色，表示隻有紅色光線被反射，而其他顏色的光則被物體吸收。如果物體是黑色的，則所有光線都被吸收。
4、光的特性是什麼？
強度/曝光
光源的強度有多強，它釋放了多少能量。光的實際強度同時也取決於光源與物體的距離。
顏色/溫度
光源是有色溫的，溫度越高色調越冷。
大小/焦點/距離
當光源尺寸越小，陰影邊緣就會越硬。光源尺寸越大，陰影邊緣就會越軟。但光源的能量如果不變，但它的尺寸越大，強度就會降低。同樣光源的大小改變，反射的大小也會隨之改變。當把光源拉遠，把強度拉高，發現陰影還是很硬的。因為光源對於這個物體而言，相對大小變得很小了。
方向/形態
光的方向最終在物體上呈現出來的結果不僅取決於光源的位置，同時也取決於模型的位置和相機的位置。
5、背後的數學原理
在3D空間裏用三個點定義一個三角形，同時加入一個攝像機。相機前麵有一個像素柵格。其中每一個小方框代表渲染出來的一個像素點。計算機隻需要計算射線與相機相交的射線。也就是那些進入眼睛或者攝像機的光線。其他看不見的就會被直接跳過。因為如果要計算現實世界中無限的光線是不可能的。這就是將3D空間中的物體渲染到2D光柵化圖像空間中的基本概念。
技術發展到目前為止，基本的光線追蹤算法並沒有完全的考慮所有反射的光線，大部分隻考慮了直接照明。並沒有充分地考慮到間接照明。這就導致了在很多軟件中間接照明除了使用全局照明(Global illumination)技術之外，是通過補光，加燈光（近似模擬）的工作方式實現的。
6、常見的燈光類型
平行光
不需要位置，隻需要一個方向。光源方向性強，有一定的光線反彈到物體暗部，物體暗部向上的麵，包括投影會帶有藍色或者紫色（受天空影響）。
點光
在場景中有一個坐標（位置）。光源呈放射狀，向各個方向發射光線。距離會決定光的強度。可以看到地麵中間比邊緣更亮，因為它離光源更近。比如人造燈光，燭光，火焰等。光源下的投影邊緣有明顯虛實衰減。
麵積光
是一個表麵在發光的光源。包含了坐標和方向。能比點光源提供更加平滑的衰減。麵光源是散射光源，光源麵積越大，投射陰影越柔和。
聚光
它有一個內錐角和一個外錐角。在錐體內部的東西都會被照亮。錐體以外的東西都不被照亮。當光源離物體越近，投射陰影麵積會變大。一般拿用來模擬一些人造光源。比如射燈，手電筒等。
7、總結
很多時候攝影與燈光有著非常緊密的聯係，學習攝影並了解對燈光渲染也是非常有幫助的。相互之間有很多概念是相通的，並可以借鑒。
本次從現實和計算機兩個方麵初步了解燈光的原理，把這些知識有機的組合可以為在軟件中的執行在腦海中構建出一個基本框架。通過對燈光類型特性的基本了解，從而模擬出真實或者戲劇性的效果。
來源：Thepoly公眾號
