从这一篇开始，我们逐渐进入D3D11中有意思的部分。之前的场景绘制，要么为每个顶点指定单一的颜色，要么在线框模式下渲染。从现在起我们开始学习光照，这样场景就更加具有真实感了。 1. 法线的引入 1.1 顶点信息
在之前的绘图当中，每个顶点包含两个信息：位置坐标和颜色值。进入光照计算之后，我们不再需要顶点的颜色信息，而是新增了法线信息。即在光照模型中，一个顶点至少包含位置坐标和法线两种信息。给定一个顶点的坐标、法线、材质等信息，再通过光源进行计算而得出该顶点的颜色值。
1.2 法线的变换
在对一个顶点进行空间变换时，它的法线也需要相应地进行变换，因此我们需要得到一个顶点所对应的法线的变换矩阵。注意法线与顶点不共享相同的变换！如下为一个直观的例子：
三个图中，n为V0、V1顶点所在表面对应的法线。图a为变换前状态，图b为经过x轴方向的2倍伸缩变换(scaling)之后的状态，nA为经过同一个变换后的新法线。显然，这时法线与表面不垂直，因此是不正确的！正确的情形当该是图c所示。
实际上，对于一个顶点的坐标变换A，其对应的法线的正确变换是A的逆矩阵的转置，即。
2. 环境光、漫反射光与全反射光
在3D计算机图形学，对光照计算的处理分为三个部分：环境光、漫反射光和全反射光（或称为高光）。
2.1 环境光（Ambient light）
在现实当中，光照是一个很复杂的物理现象。一个物体所接受的光，除了直接来自光源的部分外，还包括光源经过环境中其他各个物体的反射而来的部分。而在图形学中，我们默认的光照模型为局部光模型，即一个顶点的光照计算只跟该点信息与光源信息有关，而不考虑环境中其他物体的影响，比如阴影等。与局部光照模型相对应的全局光照，这属于高级话题，这里暂时不考虑。为了近似地模拟现实当中来自周围环境的光，在图形学中引入的“环境光”这一概念，即“Ambient Light"。
环境光不需要进行特殊的物理计算，即直接将光源中的环境光部分与材质中的环境光部分相乘，其结果适用于物体上的任一顶点。
2.2 漫反射光（Diffuse light）
光照射在物体表面后，其反射光沿随机方向均匀的分布，即"漫反射”。反射光的强度与光照方向与表面法线的夹角theta相关，满足比例关系：I = Io * cos(theta)。由于反射光方向随机，因此该部分的计算与观察点无关，而只与光线方向与法线相关。
2.3 全反射光（Specular light）
光线照射在光滑物体表面后，在特定方向上会有很强的反射，即发生全反射。全反射光主要集中在一个近似圆锥角的范围内。如下图所示：
n为法线，l为光线入射方向，r为全反射方向，E为观察点，因此v为视角方向。全反射光进入眼睛的强度与v和r的角度theta有关，随着该角度增大，全反射强度下降，其下降辐度与物体表面光滑程序相关。因此，对于该部分光的计算，除了需要光线方向、法线等信息外，，还与观察点的位置有很大关系。具体计算公式在本文后面会详细给出。
3. 材质
为了表示物体与照射在其表面的光的交互作用，我们需要定义其材质。与光源的三个成分相对应，我们对材质了指定相应的环境光部分、漫反射光部分和全反射光部分，这些属性分别代表光的每一部分在其表面的反射比例。此外，还需要指定物体表面的光滑程度，以用于计算全反射。该值越大，全反射光衰减越迅速。
4. 三种光源模型
在学习光照计算前，需要先了解3D中常见的几种光源模型。主要分为三种，由简单到复杂分别为：平行光、点光源和聚光灯。
4.1 平行光
平行光是最简单的一种模型，这种光照具有单一的照射方向，且光照强度不随空间位置而变化。现实当中的太阳光就可以认为是这种类型。
4.2 点光源
一个具有点光源特性的典型例子是电灯泡。首先该光源在空间具有一个位置，其次它发出的光以球面形式向四周均匀的传播（尽管实际的电灯光在各个方向上并不均匀，我们此外姑且可以这样理解。）。还有一个重要的特性即光强随着与光源的距离的增大而逐渐减小。理论上光强与距离的平方成反比，即I(d) = I0/(d)。因此在无穷远处光强接近为0；在光源所在处，光强为无穷大。这样显然不适合在计算机中进行处理。于是在3D图形学中，我们对点光源模型有如下定义：用三个系数A0、A1、A2来控制光强随距离的衰减，分别为常量系数、一次系数和二次系数，这样光强计算公式为：I = I0/(A0+A1*d+A2*d)。其次，对光照范围有一个限制，超过特定范围后，光照强度定义为0。
4.3 聚光灯最好的感觉就是你什么都跟我说。
