光照、照明
一个光线是如何被物体反射的物理现象
几个概念
球面坐标(Spherical Coordinate)
立体角
投影面积
光能
光能表示的是一个区域中光子能量的总和，单位为焦耳（J）
光通量
光能并不会停留在某个位置，而是在始终不断运动着。光通量描述的是在单位时间穿过单位面积截面的光能。
用符号
辉度
辉度表示的是物体表面受光能的影响程度，它等于单位面积上的光通量：
用符号E来表示，单位是瓦特
发光强度
对一个点（例如点光源）来说，发光强度表示单位立体角上的光通量：
发光强度简称为光强，使用符号I来表示，单位是W
光亮度
光强度表示物体表面沿某一方向的明亮程度，它等于单位投影面积和单位立体角上的光通量，使用符号L表示，单位是
一种直观的光亮度的理解为物体表面的微面元所接收的来自于某方向的单位面积的光通量，因此截面选用垂直于该方向的截面，其面积按投影面积计算。
光亮度和辉度之间关系：辉度是光亮度在入射光所形成的半球上的积分。
BRDF的定义
BRDF描述物体表面将光能从任何一个入射方向反射到任何一个视点方向的反射特性。
BRDF模型是绝大多数近代图形学算法中用于描述光反射现象的基本模型
为什么要写为反射光光亮度和入射光辉度之比？而不是辉度和辉度之比，或者光亮度和光亮度之比，入射和反射是不一样的？
因为不同方向的光到了物体表面的一点（上图中的面片上一点）都可能反射过去，所以当考虑入射光的时候，是需要考虑对面积积分的，因而入射的时候需要辉度，也就是因为不同方向的光都可能对眼睛产生影响。右边只需要一条光线上的光亮度，而左边需要对面积积分，因此用灰度。
BRDF的可逆性
BRDF的可逆性源自于Helmholtz(光学中的)光路可逆性（Helmholtz Reciprocity Rule）。
BRDF的可逆性是说：交换入射光与反射光的角色，并不会改变BRDF的值
BRDF的能量守恒性质
BRDF需要遵循的另一个物理定律是能量守恒定律。能量守恒定律指出：入射光的能量与出射光的总能量应该相等。
能量守恒方程如下(反射+吸收+透射=入射)：
由此我们知道：
BRDF的渲染方程
渲染方程用于计算环境光照明下的反射光的光亮度，它可以写成不同角度下入射光的光亮度乘以BRDF的积分(以下反射方程由BRDF定义可反求)：
BRDF模型
为了方便和高效地使用BRDF数据，它们往往被组织成为参数化的数值模型。
BRDF的数值模型具有以下三类：
（1）经验模型（Empirical Models）:使用基于实验提出的公式对BRDF做快速估计；
经验模型提供简洁的公式以便于反射光线的快速计算。
经验模型不考虑材质特性，仅仅提供一个反射光的粗糙近似。
经验模型不一定可满足物理定律，如Helmholtz可逆性或能量守恒性质等。
经验模型因为简洁和高效被广泛使用。
上图应为：反射光辉度与入射光辉度之比；
Lambert漫反射模型能够很好地用于描述那些包含纯粹漫反射的物体（例如：纸张、黑板）；Lambert漫反射模型不能表现出材质的镜面反射效果，而镜面反射对于金属材质非常重要；由于Lambert模型的简洁以及漫反射良好的描述特性，它常常在其他的经验模型（例如：Phong模型）中作为分量的形式被包含。
在Lambert模型基础上加上高光效果，得到在此框架下的Phone模型：
在上图所示的图中式，
尽管Phone模型缺乏物理解释，并且对于某些金属材质，它并不十分准确；但Phong模型仍是目前计算机图形学中被最为广泛使用的基于经验的反射模型。
Phone模型的优势在于它的简洁和高效性，以及能够同时表现漫反射和镜面反射的特征。
Phone模型的大部分扩展是为了实现进一步的加速。
1.Blinn-Phong模型 ： 计算
2.快速Phong绘制 ：加速计算
3.可逆的模型
（2）基于物理的模型（Physical-based Models）：根据表面材料的几何以及光学属性建立反射方程，从而计算BRDF；
（3）数据表达的模型（Data-driven Models）：将BRDF按照实测数据建立查找表，以便于快速的查找和计算。