Three.js光照系统源码解析：Light、AmbientLight与DirectionalLight等核心类详解

随着气温降低，人的惰性也随之增加，更倾向于待在温暖的室内进行娱乐活动。由于长时间未深入研读Three.js源码，今日趁天气晴好，决定继续推进阅读计划。

Three.js光照系统概述与Light基类

本次阅读聚焦于光照模块。从光线传播的角度来看，光照类型主要包括环境光、平行光和点光源；而从物体表面材质的响应角度来看，则涉及漫反射和镜面反射两种主要反射模型。

 
THREE.Light = function ( hex ) {
THREE.Object3D.call( this );
this.color = new THREE.Color( hex );
}; 

该类作为其他光照对象的原型或基类，直接继承自Object3D。其内部仅包含一个THREE.Color类型的color属性，用于定义光源颜色，这一设计符合直观逻辑。

在Three.js架构中，光照被视为一种特殊的Object3D对象。通过Scene.add()方法将光照对象加入场景后，渲染器会自动处理并渲染所添加的光照效果。

 
THREE.AmbientLight = function ( hex ) {
THREE.Light.call( this, hex );
}; 

环境光（AmbientLight）属于无方向性的光源。该类并未在Light基础上增加新的属性或方法，其存在主要为了语义上的继承关系。从功能必要性来看，它甚至无需继承自Object3D。

 
THREE.DirectionalLight = function ( hex, intensity ) {
THREE.Light.call( this, hex );
this.position = new THREE.Vector3( 0, 1, 0 );
this.target = new THREE.Object3D();
this.intensity = ( intensity !== undefined ) ? intensity : 1;
this.castShadow = false;
this.onlyShadow = false;
// more settings about shadow ......
}; 

平行光属性与阴影控制机制

平行光（DirectionalLight）具有明确的方向性。构造该函数时需传入颜色hex及光线密度intensity。该类包含以下关键属性：

position：定义光源位置，光线方向由该位置指向原点。

intensity：表示光线密度，默认值为1。由于RGB值范围限制在0~255之间，无法直接反映光照强度的细微变化，因此引入此属性以体现光照越强、物体表面越明亮的效果。

distance：衰减距离，默认值为0，表示光照无衰减。若设为非0值，光照将从position所在位置（实际为position所在的平面）开始衰减，当距离超过distance时，光照强度intensity降为0。

castShadow：布尔值，控制是否生成阴影，默认false。若设为true，系统将对所有表面逐像素计算其在光照方向上的遮挡情况，这将消耗大量计算资源。

onlyShadow：布尔值，控制是否仅生成阴影而不照亮物体，默认false。此模式可能适用于某些特殊应用场景。

shadowCameraLeft、shadowCameraRight等属性系列，用于以position点为中心控制阴影生成的范围。

shadowBias：阴影偏移量，默认值为0。

shadowDarkness：阴影对物体亮度的影响程度，取值范围0~1，默认值为0.5。

此外还存在若干属性，其具体含义尚不明确（需补充计算机图形学知识以进一步理解，暂且继续阅读）。

 
THREE.PointLight = function ( hex, intensity, distance ) {
THREE.Light.call( this, hex );
this.position = new THREE.Vector3( 0, 0, 0 );
this.intensity = ( intensity !== undefined ) ? intensity : 1;
this.distance = ( distance !== undefined ) ? distance : 0;
}; 

点光源与平行光位置差异分析

点光源（PointLight）的position属性即代表光源的具体坐标点。需注意点光源与平行光在position默认值上的区别：点光源默认位于原点，而平行光默认位于(0, 1, 1)，这使得默认平行光的方向与相机默认朝向一致。

其余两个属性与平行光保持一致。PointLight点光源未包含关于如何生成阴影的具体设定。

 
THREE.SpotLight = function ( hex, intensity, distance, angle, exponent ) {
THREE.Light.call( this, hex );
this.position = new THREE.Vector3( 0, 1, 0 );
this.target = new THREE.Object3D();
this.intensity = ( intensity !== undefined ) ? intensity : 1;
this.distance = ( distance !== undefined ) ? distance : 0;
this.angle = ( angle !== undefined ) ? angle : Math.PI / 2;
this.exponent = ( exponent !== undefined ) ? exponent : 10; // more settings about shadow...
}; 

聚光灯参数与材质影响

聚光灯（SpotLight）是一种能在特定方向上产生阴影的点光源，主要影响MeshLambertMaterial和MeshPhongMaterial类型材质的表面表现。其阴影处理设定与DirectionLight一致。

综上所述，光照对象本身并不承担实际的渲染任务，其核心职责仅在于定义光照的渲染规则与参数。

  
THREE.Particle = function ( material ) {
THREE.Object3D.call( this );
this.material = material;
}; 

粒子系统与粒子类结构解析

粒子（Particle）本质上是一个由材质定义的Object3D对象。Object3D提供坐标（即粒子位置）并负责粒子的运动逻辑，而粒子本身仅需指定用于表现其外观的材质即可。

 
THREE.ParticleSystem = function ( geometry, material ) {
THREE.Object3D.call( this );
this.geometry = geometry;
this.material = ( material !== undefined ) ? material : new THREE.ParticleBasicMaterial( { color: Math.random() * 0xffffff } );
this.sortParticles = false;
if ( this.geometry ) {
if( this.geometry.boundingSphere === null ) {
this.geometry.computeBoundingSphere();
} 
this.boundRadius = geometry.boundingSphere.radius;
} 
this.frustumCulled = false;
}; 

粒子系统（ParticleSystem）用于表现多个粒子的运动，其本身继承自Object3D。该类包含以下关键属性：

geometry属性：定义每个节点为一个粒子，这些粒子共享同一材质。

material属性：定义这些节点所使用的材质。

frustumCulled属性：布尔值，若设为true，则剔除相机视锥体外的粒子。具体逻辑尚不明确：是当粒子系统中心坐标在视锥体外时剔除整个系统，还是单个粒子出界即被剔除？推测后者可能性较大。

前述内容主要涉及场景的定义方式，至于场景的具体渲染机制较难深入。接下来计划通过Demo代码结合WebGLRenderer类的源代码（数千行代码）进行进一步学习。