光源 - 機械学習基礎理論独習

環境光

環境光はすべての方向から等しい強度でやってきます。よって、定数です。

平行光源

平行光源とは、無限遠方から単一の方向に向かって光を放射する光源です。
太陽のような平行であると考えられる光源のモデル化に使われます。

点光源

点光源とは、空間上の1点からすべての方向に等しく放射する光源です。
自然界では、光の強度は逆2乗の法則に従って、距離とともに減衰します。
逆2乗の法則を簡単に説明すると、距離が2倍になれば、その表面積は4倍になるってことです。だから単位面積当たりの強度が距離の2乗に反比例するってわけです。
以下は、逆2乗の法則を理解するための図です。

点光源が点 ${\bf P}$ に置かれているとします。このとき、空間上の点 ${\bf Q}$ に到達する光の強度は次式で与えられます。

$\begin{eqnarray} {\bf C}=\frac{1}{k_c+k_ld+k_dd^2}{\bf C}_0\tag{1} \end{eqnarray}$

ここで、 ${\bf C}_0$ は光の色、 $d$ は光源から ${\bf Q}$ までの距離(すなわち $d=||{\bf P}-{\bf Q}||$ )であり、
定数 $k_c,k_l,k_d$ はそれぞれ一定減衰定数、1次減衰定数、2次減衰定数と呼ばれます。
式 $(1)$ ですが、逆2乗の法則に係数を足しただけであることが分かります。

スポットライト

スポットライトは点光源と似ていますが、優先的な放射方向を持っています。
スポットライトの強度は距離とともに点光源と同じように減衰し、それに加えて、スポットライト効果と呼ばれるもう1つの因子によって減衰します。
スポットライトが点 ${\bf P}$ に置かれており、スポット方向が $\bf U$ であるとします。( ${\bf U}$ は記載はありませんが、単位ベクトルだと思います。)
このとき、空間上の点 $\bf Q$ に到達する光の強度は次式で与えられます。