点光源

点光源是计算机图形学中常用的一种光源模型。与方向光源不同，点光源的光线从某个特定位置向四面八方发射。点光源的一个典型例子是灯泡。理解点光源对于创建照明效果和模拟真实世界的光源至关重要，特别是在3D图形渲染中，光源的计算和影响决定了最终图像的真实感。

1. 点光源的基本概念

点光源是一种具有固定位置的光源，它从一个点发出光线，并在三维空间中均匀地向各个方向传播。与方向光源不同，点光源的光照强度会随着距离的增加而衰减。

光照衰减

在实际情况中，点光源的光照强度并非恒定，而是会随着光源到物体的距离增加而逐渐减弱。通常使用以下公式来表示光照的衰减：

衰减因子 = 1 / (a + b * d + c * d^2)

其中：

a、b、c 是衰减系数，可以通过调节来控制衰减的强度。
d 是光源与表面之间的距离。

2. 点光源的光照计算

点光源的光照计算可以分为三个部分：

环境光：表示物体在没有直接光照时的反射光，通常是一个常量值。
漫反射光：光照与表面法线之间的角度关系决定了漫反射光的强度。根据朗伯定律，漫反射强度与光源到表面法线的夹角余弦值有关。

计算公式：
```
I_diffuse = K_d * max(0, N ⋅ L)
```
其中 N 是表面法线向量，L 是指向光源的单位向量，K_d 是漫反射系数。
镜面反射光：模拟光源在光滑表面上的反射现象，通常与观察方向和反射光方向之间的角度关系相关。镜面反射的强度通常会随着视角的改变而改变。

计算公式：
```
I_specular = K_s * (R ⋅ V)^n
```
其中：
- R 是反射光方向，V 是视角方向。
- n 是镜面反射指数，用于控制高光的锐度。
- K_s 是镜面反射系数。

3. 点光源的实现

在3D渲染中，通常需要结合点光源来计算每个像素的光照。下面是一个简单的点光源光照计算示例：

// 点光源的位置
vec3 lightPosition = vec3(1.0, 1.0, 1.0);

// 计算从表面到光源的方向
vec3 lightDirection = normalize(lightPosition - fragPosition);

// 计算表面法线
vec3 normal = normalize(fragNormal);

// 漫反射光的强度计算
float diff = max(dot(normal, lightDirection), 0.0);

// 镜面反射光的计算
vec3 reflectDir = reflect(-lightDirection, normal);
vec3 viewDir = normalize(viewPosition - fragPosition);
float spec = pow(max(dot(reflectDir, viewDir), 0.0), shininess);

// 计算光照衰减
float distance = length(lightPosition - fragPosition);
float attenuation = 1.0 / (1.0 + 0.1 * distance + 0.05 * distance * distance);

// 最终光照
vec3 color = (ambientLight + diff * diffuseColor + spec * specularColor) * attenuation;