了解光线追踪中的Lambert模型

什么是Lambert模型？

Lambert模型是计算机图形学中光线追踪的一种基础模型。它描述了一种理想的平面材质——兰伯特表面的光照行为。

为什么使用Lambert模型？

Lambert模型是计算机图形学中最基本的光照模型之一。它是逼真的图像渲染的基础，也是许多高级光照模型的基础。而且，Lambert模型简单易懂，计算速度快，非常适合初学者入门。

如何实现Lambert模型？

实现Lambert模型通常需要使用向量和向量运算。我们需要计算光源与物体表面法线之间的夹角，以及夹角和光源亮度的乘积，从而得到物体表面被此光源照射后的亮度。具体实现方式是：

(1) 计算光源与表面法线的夹角 cos(a)

我们可以使用向量点积的方法来计算两个向量之间的夹角 cos(a)。向量点积的定义是：

cos(a) = dot(L, N)

其中，L 为光源方向向量，N 为物体表面法线向量。点积公式的意义是两个向量的长度和夹角的乘积，所以如果两个向量夹角越小，点积越大。

(2) 计算物体表面的亮度

物体表面的亮度是由光源亮度、物体颜色和表面反射率三个因素共同决定的。Lambert模型假设物体表面是完全漫反射的，即物体表面可以向所有方向反射光线，所以表面反射率固定为1。我们可以使用以下公式计算物体表面的亮度：

I = Kd * Ld * cos(a)

其中，Kd 为物体表面颜色的系数，Ld 为光源亮度，cos(a) 为光源与物体表面法线的夹角。

总结

Lambert模型是计算机图形学中最基本的光照模型之一，描述了一种理想的平面材质的光照行为。实现Lambert模型需要计算光源与物体表面法线之间的夹角，以及夹角和光源亮度的乘积，从而得到物体表面被此光源照射后的亮度。Lambert模型简单易懂，计算速度快，非常适合入门学习。