光照与粒子系统：打造逼真虚拟场景

### 光照与粒子系统：打造逼真虚拟场景 #### 光照基础与不同类型光照 在虚拟场景中，光照是营造氛围和真实感的关键因素。如果场景中没有光源，而物体的材质又设置为反射入射光，那么场景将会完全黑暗。比如，当移除场景中的环境光，同时立方体的 `EMF_LIGHTING` 属性仍设置为 `true` 时，立方体就会变得完全黑暗。 为了创建自定义的光照效果，我们可以添加具有自定义漫反射颜色的光照节点。以下是实现代码： ```cpp smgr->addCameraSceneNode(0, vector3df(0, 10, -20), vector3df(0, 0, 0)); smgr->setAmbientLight(SColor(255, 80, 80, 80)); ILightSceneNode* myLight = smgr->addLightSceneNode(); myLight->setPosition(vector3df(0.0f, 20.0f, 0.0f)); SLight lightData; lightData.DiffuseColor = SColor(255, 0, 255, 0); myLight->setLightData(lightData); vector3df cubeRotation = vector3df(0.0f, 0.0f, 0.0f); while(device->run()) { myCube->setRotation(cubeRotation); cubeRotation += 0.02f; if (cubeRotation.X >= 360.0f) { cubeRotation.X = 0.0f; cubeRotation.Y = 0.0f; cubeRotation.Z = 0.0f; } } ``` 上述代码中，我们通过场景管理器对象的 `addLightSceneNode()` 方法添加了一个新的光照节点。光照数据存储在 `SLight` 结构体中，我们创建了该结构体的新实例并设置了所需的漫反射颜色，最后通过 `setLightData()` 方法将其分配给光照节点。其余代码则是让立方体旋转，增加场景的趣味性。 计算机图形学中主要有三种类型的光照：平行光、聚光灯和点光源，Irrlicht 引擎支持所有这些类型的光照。下面我们来详细了解一下平行光和点光源。 - **平行光**：平行光会在特定方向上产生平行光线。对于平行光来说，位置属性无效，但旋转属性有效。我们可以将太阳看作平行光的一个例子，虽然太阳有实际位置，但由于它距离我们非常遥远，我们可以假设平行光位于无限远处。在游戏场景中，通常不需要太多平行光，大多数情况下，一个或两个平行光就足够了。而且，平行光被认为不受衰减影响，即其强度不会随着传播距离的增加而减弱。利用平行光，我们可以创建游戏中的昼夜循环效果，通过根据游戏中太阳的位置旋转平行光，并使用不同的天空盒图像来区分白天和黑夜。 - **点光源**：点光源就像灯泡一样，会向各个方向发光。由于它向各个方向发光，所以旋转和方向值对于点光源来说并不重要。与平行光不同，点光源会受到衰减和范围值的影响。在 Irrlicht 中，创建新的光照节点时，默认类型就是点光源。 #### 添加聚光灯和动画效果 为了让场景更加生动，我们可以添加旋转的聚光灯和点光源的圆周飞行动画。以下是实现代码： ```cpp ICameraSceneNode* fpsCamera = smgr->addCameraSceneNodeFPS(0, 80.0f, 0.3f); fpsCamera->setPosition(vector3df(0, 15, -25)); fpsCamera->setTarget(vector3df(0, 0, 0)); ILightSceneNode* myPointLight = smgr->addLightSceneNode(); myPointLight->setPosition(vector3df(0.0f, 20.0f, 0.0f)); scene::ISceneNodeAnimator* anim = smgr->createFlyCircleAnimator(vector3df(0, 0, 0), 50.0f, 0.0005f); myPointLight->addAnimator(anim); anim->drop(); ISceneNode* pointLightBill = smgr->addBillboardSceneNode(myPointLight, dimension2d<f32>(20, 20)); pointLightBill->setMaterialFlag(video::EMF_LIGHTING, false); pointLightBill->setMaterialType(video::EMT_TRANSPARENT_ADD_COLOR); pointLightBill->setMaterialTexture(0, driver->getTexture("../../media/portal1.bmp")); SLight pointLightData; pointLightData.DiffuseColor = SColor(255, 0, 255, 0); pointLightData.SpecularColor = SColor(255, 0, 0, 255); myPointLight->setLightData(pointLightData); ILightSceneNode* mySpotLight = smgr->addLightSceneNode(); mySpotLight->setPosition(vector3df(0.0f, 10.0f, 0.0f)); SLight spotLightData; spotLightData.Type = ELT_SPOT; spotLightData.DiffuseColor = SColor(255, 255, 0, 0); spotLightData.OuterCone = 100; spotLightData.InnerCone = 10; mySpotLight->setLightData(spotLightData); while(device->run()) { mySpotLight->setRotation(rotation); } ``` 在这段代码中，我们首先将相机类型更改为 FPS 相机，通过 `addCameraSceneNodeFPS()` 方法并传递旋转和移动速度，这样就可以使用鼠标和箭头键在场景中移动。点光源添加了圆周飞行动画，但它本身不可见，因此我们添加了一个公告板场景节点，并将点光源节点作为其父节点，使其跟随点光源移动。同时，我们设置了公告板的材质纹理为 `portal1.bmp`。对于聚光灯，我们创建了一个新的光照节点，并设置其类型为 `ELT_SPOT`，同时设置了外锥角和内锥角这两个特殊属性。运行代码后，旋转的聚光灯照射到物体时会产生红色光照效果。 #### 聚光灯的特点 聚光灯类似于手电筒，具有方向和颜色。其方向由旋转计算得出，并且会随着传播距离的增加而衰减。聚光灯还有两个额外的属性：外锥角和内锥角。聚光灯有一个较亮的内锥和一个较大的外锥，从内锥到外锥，亮度逐渐降低。 #### 调整光泽度和镜面反射颜色 我们可以设置简单点光源的镜面反射颜色，并为材质设置光泽度值。以下是实现代码： ```cpp IMeshSceneNode* myCube = smgr->addCubeSceneNode(); IMeshSceneNode* mySphere = smgr->addSphereSceneNode(); if (!myCube || !mySphere) return 1; myCube->setPosition(vector3df(-10.0f, 0.0f, 0.0f)); mySphere->setPosition(vector3df(10.0f, 0.0f, 0.0f)); if (myCube && mySphere) { myCube ```