OpenGL
- 投光物
- 平行光
- 点光源
- 衰减
- 聚光
- 平滑/软化边缘
投光物
当前光线都是来自空间的一个点。但实际，我们有很多种类的光照，将光投射到物体的光源叫做投光物。需要讨论几种不同类型的投光物。大致为：定向光，点光源，聚光等
平行光
假设光源处于无限远处的模型时，它就被称为定向光，因为它的所有光线都有着相同的方向，它与光源的位置是没有关系的。
因为所有的光线都是平行的，所以物体与光源的相对位置是不重要的，因为对场景中每一个物体光的方向都是一致的。由于光的位置向量保持一致，场景中每个物体的光照计算将会是类似的。
定义一个光线方向向量，而不是位置向量，就可以模拟一个定向光。着色器的计算基本保持不变，可以直接使用光的direction向量而不是通过position来计算lightDir向量：
struct Light {
// vec3 position; // 使用定向光就不再需要了
vec3 direction;
vec3 ambient;
vec3 diffuse;
vec3 specular;
};
...
void main()
{
vec3 lightDir = normalize(-light.direction);
...
}
首先对light.direction向量取反。当前使用的光照计算需求一个从片段到光源的光线方向，但我们更习惯定义定向光为一个从光源触发的全局方向。所以需要对全局光照方向向量取反，来改变它的方向。
取反后，它现在是一个指向光源的方向向量了。最终的lightDir向量将和以前一样用在漫反射和镜面光计算中。
再次使用坐标系统中“箱子派对”的场景。回顾下，先定义了十个不同的箱子位置，并对每个箱子都生成了一个不同的模型矩阵，每个模型矩阵都包含了对应的局部-世界坐标变换：
for(unsigned int i = 0; i < 10; i++)
{
glm::mat4 model;
model = glm::translate(model, cubePositions[i]);
float angle = 20.0f * i;
model = glm::rotate(model, glm::radians(angle), glm::vec3(1.0f, 0.3f, 0.5f));
lightingShader.setMat4("model", model);
glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, 36);
}
再定义光源的方向（方向定义为：从光源出发的方向）
lightingShader.setVec3("light.direction", -0.2f, -1.0f, -0.3f);
补充：
我们一直将光的位置和位置向量定义为vec3，但一些人会喜欢将所有的向量都定义为vec4。当我们将位置向量定义为一个vec4时，很重要的一点是要将w分量设置为1.0，这样变换和投影才能正确应用。然而，当我们定义一个方向向量为vec4的时候，我们不想让位移有任何的效果（因为它仅仅代表的是方向），所以我们将w分量设置为0.0。
方向向量就会像这样来表示：vec4(0.2f, 1.0f, 0.3f, 0.0f)。这也可以作为一个快速检测光照类型的工具：你可以检测w分量是否等于1.0，来检测它是否是光的位置向量；w分量等于0.0，则它是光的方向向量，这样就能根据这个来调整光照计算了：
if(lightVector.w == 0.0) // 注意浮点数据类型的误差
// 执行定向光照计算
else if(lightVector.w == 1.0)
// 根据光源的位置做光照计算（与上一节一样）
综上代码如下：
#include <glad/glad.h>
#include <GLFW/glfw3.h>
#include <stb_image.h>
#include <glm/glm.hpp>
#include <glm/gtc/matrix_transform.hpp>
#include <glm/gtc/type_ptr.hpp>
#include <learnopengl/shader_m.h>
#include <learnopengl/camera.h>
#include <iostream>
void framebuffer_size_callback(GLFWwindow* window, int width, int height);
void mouse_callback(GLFWwindow* window, double xpos, double ypos);
void scroll_callback(GLFWwindow* window, double xoffset, double yoffset);
void processInput(GLFWwindow *window);
unsigned int loadTexture(const char *path);
// settings
const unsigned int SCR_WIDTH = 800;
const unsigned int SCR_HEIGHT = 600;
// camera
Camera camera(glm::vec3(0.0f, 0.0f, 3.0f));
float lastX = SCR_WIDTH / 2.0f;
float lastY = SCR_HEIGHT / 2.0f;
bool firstMouse = true;
// timing
float deltaTime = 0.0f;
float lastFrame = 0.0f;
int main()
{
// glfw: initialize and configure
// ------------------------------
glfwInit();
glfwWindowHint(GLFW_CONTEXT_VERSION_MAJOR, 3);
glfwWindowHint(GLFW_CONTEXT_VERSION_MINOR, 3);
glfwWindowHint(GLFW_OPENGL_PROFILE, GLFW_OPENGL_CORE_PROFILE);
#ifdef __APPLE__
glfwWindowHint(GLFW_OPENGL_FORWARD_COMPAT, GL_TRUE);
#endif
// glfw window creation
// --------------------
GLFWwindow* window = glfwCreateWindow(SCR_WIDTH, SCR_HEIGHT, "LearnOpenGL", NULL, NULL);
if (window == NULL)
{
std::cout << "Failed to create GLFW window" << std::endl;
glfwTerminate();
return -1;
}
glfwMakeContextCurrent(window);
glfwSetFramebufferSizeCallback(window, framebuffer_size_callback);
glfwSetCursorPosCallback(window, mouse_callback);
glfwSetScrollCallback(window, scroll_callback);
// tell GLFW to capture our mouse
glfwSetInputMode(window, GLFW_CURSOR, GLFW_CURSOR_DISABLED);
// glad: load all OpenGL function pointers
// ---------------------------------------
if (!gladLoadGLLoader((GLADloadproc)glfwGetProcAddress))
{
std::cout << "Failed to initialize GLAD" << std::endl;
return -1;
}
// configure global opengl state
// -----------------------------
glEnable(GL_DEPTH_TEST);
// build and compile shaders
// -------------------------
Shader lightingShader("5.1.light_casters.vs", "5.1.light_casters.fs");
Shader lightCubeShader("5.1.light_cube.vs", "5.1.light_cube.fs");
// set up vertex data (and buffer(s)) and configure vertex attributes
// ------------------------------------------------------------------
float vertices[] = {
// positions // normals // texture coords
-0.5f, -0.5f, -0.5f, 0.0f, 0.0f, -1.0f, 0.0f, 0.0f,
0.5f, -0.5f, -0.5f, 0.0f, 0.0f, -1.0f, 1.0f, 0.0f,
0.5f, 0.5f, -0.5f, 0.0f, 0.0f, -1.0f, 1.0f, 1.0f,
0.5f, 0.5f, -0.5f, 0.0f, 0.0f, -1.0f, 1.0f, 1.0f,
-0.5f, 0.5f, -0.5f, 0.0f, 0.0f, -1.0f, 0.0f, 1.0f,
-0.5f, -0.5f, -0.5f, 0.0f, 0.0f, -1.0f, 0.0f, 0.0f,
-0.5f, -0.5f, 0.5f, 0.0f, 0.0f, 1.0f, 0.0f, 0.0f,
0.5f, -0.5f, 0.5f, 0.0f, 0.0f, 1.0f, 1.0f, 0.0f,
0.5f, 0.5f, 0.5f, 0.0f, 0.0f, 1.0f, 1.0f, 1.0f,
0.5f, 0.5f, 0.5f, 0.0f, 0.0f, 1.0f, 1.0f, 1.0f,
-0.5f, 0.5f, 0.5f, 0.0f, 0.0f, 1.0f, 0.0f, 1.0f,
-0.5f, -0.5f, 0.5f, 0.0f, 0.0f, 1.0f, 0.0f, 0.0f,
-0.5f, 0.5f, 0.5f, -1.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f, 0.0f,
-0.5f, 0.5f, -0.5f, -1.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f, 1.0f,
-0.5f, -0.5f, -0.5f, -1.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f,
-0.5f, -0.5f, -0.5f, -1.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f,
-0.5f, -0.5f, 0.5f, -1.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f,
-0.5f, 0.5f, 0.5f, -1.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f, 0.0f,
0.5f, 0.5f, 0.5f, 1.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f, 0.0f,
0.5f, 0.5f, -0.5f, 1.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f, 1.0f,
0.5f, -0.5f, -0.5f, 1.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f,
0.5f, -0.5f, -0.5f, 1.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f,
0.5f, -0.5f, 0.5f, 1.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f,
0.5f, 0.5f, 0.5f, 1.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f, 0.0f,
-0.5f, -0.5f, -0.5f, 0.0f, -1.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f,
0.5f, -0.5f, -0.5f, 0.0f, -1.0f, 0.0f, 1.0f, 1.0f,
0.5f, -0.5f, 0.5f, 0.0f, -1.0f, 0.0f, 1.0f, 0.0f,
0.5f, -0.5f, 0.5f, 0.0f, -1.0f, 0.0f, 1.0f, 0.0f,
-0.5f, -0.5f, 0.5f, 0.0f, -1.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f,
-0.5f, -0.5f, -0.5f, 0.0f, -1.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f,
-0.5f, 0.5f, -0.5f, 0.0f, 1.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f,
0.5f, 0.5f, -0.5f, 0.0f, 1.0f, 0.0f, 1.0f, 1.0f,
0.5f, 0.5f, 0.5f, 0.0f, 1.0f, 0.0f, 1.0f, 0.0f,
0.5f, 0.5f, 0.5f, 0.0f, 1.0f, 0.0f, 1.0f, 0.0f,
-0.5f, 0.5f, 0.5f, 0.0f, 1.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f,
-0.5f, 0.5f, -0.5f, 0.0f, 1.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f
};
// positions all containers
glm::vec3 cubePositions[] = {
glm::vec3( 0.0f, 0.0f, 0.0f),
glm::vec3( 2.0f, 5.0f, -15.0f),
glm::vec3(-1.5f, -2.2f, -2.5f),
glm::vec3(-3.8f, -2.0f, -12.3f),
glm::vec3( 2.4f, -0.4f, -3.5f),
glm::vec3(-1.7f, 3.0f, -7.5f),
glm::vec3( 1.3f, -2.0f, -2.5f),
glm::vec3( 1.5f, 2.0f, -2.5f),
glm::vec3( 1.5f, 0.2f, -1.5f),
glm::vec3(-1.3f, 1.0f, -1.5f)
};
// first, configure the cube's VAO (and VBO)
unsigned int VBO, cubeVAO;
glGenVertexArrays(1, &cubeVAO);
glGenBuffers(1, &VBO);
glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, VBO);
glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(vertices), vertices, GL_STATIC_DRAW);
glBindVertexArray(cubeVAO);
glVertexAttribPointer(0, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 8 * sizeof(float), (void*)0);
glEnableVertexAttribArray(0);
glVertexAttribPointer(1, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 8 * sizeof(float), (void*)(3 * sizeof(float)));
glEnableVertexAttribArray(1);
glVertexAttribPointer(2, 2, GL_FLOAT, GL_FALSE, 8 * sizeof(float), (void*)(6 * sizeof(float)));
glEnableVertexAttribArray(2);
// second, configure the light's VAO (VBO stays the same; the vertices are the same for the light object which is also a 3D cube)
unsigned int lightCubeVAO;
glGenVertexArrays(1, &lightCubeVAO);
glBindVertexArray(lightCubeVAO);
glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, VBO);
// note that we update the lamp's position attribute's stride to reflect the updated buffer data
glVertexAttribPointer(0, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 8 * sizeof(float), (void*)0);
glEnableVertexAttribArray(0);
// load textures (we now use a utility function to keep the code more organized)
// -----------------------------------------------------------------------------
unsigned int diffuseMap = loadTexture(FileSystem::getPath("resources/textures/container2.png").c_str());
unsigned int specularMap = loadTexture(FileSystem::getPath("resources/textures/container2_specular.png").c_str());
// shader configuration
// --------------------
lightingShader.use();
lightingShader.setInt("material.diffuse", 0);
lightingShader.setInt("material.specular", 1);
// render loop
// -----------
while (!glfwWindowShouldClose(window))
{
// per-frame time logic
// --------------------
float currentFrame = static_cast<float>(glfwGetTime());
deltaTime = currentFrame - lastFrame;
lastFrame = currentFrame;
// input
// -----
processInput(window);
// render
// ------
glClearColor(0.1f, 0.1f, 0.1f, 1.0f);
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);
// be sure to activate shader when setting uniforms/drawing objects
lightingShader.use();
lightingShader.setVec3("light.direction", -0.2f, -1.0f, -0.3f);
lightingShader.setVec3("viewPos", camera.Position);
// light properties
lightingShader.setVec3("light.ambient", 0.2f, 0.2f, 0.2f);
lightingShader.setVec3("light.diffuse", 0.5f, 0.5f, 0.5f);
lightingShader.setVec3("light.specular", 1.0f, 1.0f, 1.0f);
// material properties
lightingShader.setFloat("material.shininess", 32.0f);
// view/projection transformations
glm::mat4 projection = glm::perspective(glm::radians(camera.Zoom), (float)SCR_WIDTH / (float)SCR_HEIGHT, 0.1f, 100.0f);
glm::mat4 view = camera.GetViewMatrix();
lightingShader.setMat4("projection", projection);
lightingShader.setMat4("view", view);
// world transformation
glm::mat4 model = glm::mat4(1.0f);
lightingShader.setMat4("model", model);
// bind diffuse map
glActiveTexture(GL_TEXTURE0);
glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, diffuseMap);
// bind specular map
glActiveTexture(GL_TEXTURE1);
glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, specularMap);
// render the cube
// glBindVertexArray(cubeVAO);
// glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, 36);*/
// render containers
glBindVertexArray(cubeVAO);
for (unsigned int i = 0; i < 10; i++)
{
// calculate the model matrix for each object and pass it to shader before drawing
glm::mat4 model = glm::mat4(1.0f);
model = glm::translate(model, cubePositions[i]);
float angle = 20.0f * i;
model = glm::rotate(model, glm::radians(angle), glm::vec3(1.0f, 0.3f, 0.5f));
lightingShader.setMat4("model", model);
glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, 36);
}
// a lamp object is weird when we only have a directional light, don't render the light object
// lightCubeShader.use();
// lightCubeShader.setMat4("projection", projection);
// lightCubeShader.setMat4("view", view);
// model = glm::mat4(1.0f);
// model = glm::translate(model, lightPos);
// model = glm::scale(model, glm::vec3(0.2f)); // a smaller cube
// lightCubeShader.setMat4("model", model);
// glBindVertexArray(lightCubeVAO);
// glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, 36);
// glfw: swap buffers and poll IO events (keys pressed/released, mouse moved etc.)
// -------------------------------------------------------------------------------
glfwSwapBuffers(window);
glfwPollEvents();
}
// optional: de-allocate all resources once they've outlived their purpose:
// ------------------------------------------------------------------------
glDeleteVertexArrays(1, &cubeVAO);
glDeleteVertexArrays(1, &lightCubeVAO);
glDeleteBuffers(1, &VBO);
// glfw: terminate, clearing all previously allocated GLFW resources.
// ------------------------------------------------------------------
glfwTerminate();
return 0;
}
// process all input: query GLFW whether relevant keys are pressed/released this frame and react accordingly
// ---------------------------------------------------------------------------------------------------------
void processInput(GLFWwindow *window)
{
if (glfwGetKey(window, GLFW_KEY_ESCAPE) == GLFW_PRESS)
glfwSetWindowShouldClose(window, true);
if (glfwGetKey(window, GLFW_KEY_W) == GLFW_PRESS)
camera.ProcessKeyboard(FORWARD, deltaTime);
if (glfwGetKey(window, GLFW_KEY_S) == GLFW_PRESS)
camera.ProcessKeyboard(BACKWARD, deltaTime);
if (glfwGetKey(window, GLFW_KEY_A) == GLFW_PRESS)
camera.ProcessKeyboard(LEFT, deltaTime);
if (glfwGetKey(window, GLFW_KEY_D) == GLFW_PRESS)
camera.ProcessKeyboard(RIGHT, deltaTime);
}
// glfw: whenever the window size changed (by OS or user resize) this callback function executes
// ---------------------------------------------------------------------------------------------
void framebuffer_size_callback(GLFWwindow* window, int width, int height)
{
// make sure the viewport matches the new window dimensions; note that width and
// height will be significantly larger than specified on retina displays.
glViewport(0, 0, width, height);
}
// glfw: whenever the mouse moves, this callback is called
// -------------------------------------------------------
void mouse_callback(GLFWwindow* window, double xposIn, double yposIn)
{
float xpos = static_cast<float>(xposIn);
float ypos = static_cast<float>(yposIn);
if (firstMouse)
{
lastX = xpos;
lastY = ypos;
firstMouse = false;
}
float xoffset = xpos - lastX;
float yoffset = lastY - ypos; // reversed since y-coordinates go from bottom to top
lastX = xpos;
lastY = ypos;
camera.ProcessMouseMovement(xoffset, yoffset);
}
// glfw: whenever the mouse scroll wheel scrolls, this callback is called
// ----------------------------------------------------------------------
void scroll_callback(GLFWwindow* window, double xoffset, double yoffset)
{
camera.ProcessMouseScroll(static_cast<float>(yoffset));
}
// utility function for loading a 2D texture from file
// ---------------------------------------------------
unsigned int loadTexture(char const * path)
{
unsigned int textureID;
glGenTextures(1, &textureID);
int width, height, nrComponents;
unsigned char *data = stbi_load(path, &width, &height, &nrComponents, 0);
if (data)
{
GLenum format;
if (nrComponents == 1)
format = GL_RED;
else if (nrComponents == 3)
format = GL_RGB;
else if (nrComponents == 4)
format = GL_RGBA;
glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, textureID);
glTexImage2D(GL_TEXTURE_2D, 0, format, width, height, 0, format, GL_UNSIGNED_BYTE, data);
glGenerateMipmap(GL_TEXTURE_2D);
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_S, GL_REPEAT);
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_T, GL_REPEAT);
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_LINEAR_MIPMAP_LINEAR);
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MAG_FILTER, GL_LINEAR);
stbi_image_free(data);
}
else
{
std::cout << "Texture failed to load at path: " << path << std::endl;
stbi_image_free(data);
}
return textureID;
}
点光源
点光源是处于世界中某一个位置的光源，它会朝着所有方向发光，但光线会随着距离逐渐衰减。希望模拟的光源仅照亮光源附近的区域而不是整个场景。
衰减
随着光线传播距离的增长逐渐削减光的强度通常叫做衰减。随距离减少光强度的一种方式是使用一个线性方程。这样的方程能够随着距离的增长线性地减少光的强度，从而让远处的物体更暗。
d：片段距离光源的长度
K：三个可配置的项
常数项Kc，一次项Kl，二次项Kq
常数项通常保持1.0，主要作用：保证分母永远不会比1小，否则再某些距离上反而会增加强度，这不是想要的效果
一次项会和距离d相乘，用线性的方式减少强度
二次项会与距离的平方相乘，让光源以二次递减的方式减小强度。二次项在距离比较小的时候影响比一次项小很多，但是距离大时相反
由于二次项的存在，光纤在大部分时候以线性的方式衰减，直到距离变得足够大，让二次项超过一次项，则光的强度会以更快的速度下降。
下面需要对这三个值选择正确的范围：（参考）
https://wiki.ogre3d.org/tiki-index.php?page=-Point+Light+Attenuation
通常，Kc都是1。一次项Kl为了覆盖更远的距离通常很小，二次项Kq更小。下面进行衰减的实现：
在片段着色器中还需要三个额外的值（K）。可以存贮在Light结构体中，使用计算lightDir的方法：
struct Light {
vec3 position;
vec3 ambient;
vec3 diffuse;
vec3 specular;
float constant;
float linear;
float quadratic;
};
在OpenGL设置这些值，假如光源要覆盖50的距离：
lightingShader.setFloat("light.constant", 1.0f);
lightingShader.setFloat("light.linear", 0.09f);
lightingShader.setFloat("light.quadratic", 0.032f);
在片段着色器中实现衰减，可以用公式计算出来后，分别再乘以环境光，漫反射和镜面光分量。
还需要距光源的距离，可以通过获取片段和光源之间的向量差，获取结果向量的长度作为距离值。可以用GLSL内建的length函数：
float distance = length(light.position - FragPos);
float attenuation = 1.0 / (light.constant + light.linear * distance +
light.quadratic * (distance * distance));
下面 将包含这个衰减值到光照计算中，将它分别乘以环境光，漫反射和镜面光颜色：
ambient *= attenuation;
diffuse *= attenuation;
specular *= attenuation;
聚光
聚光是位于环境中某个位置的光源，它只朝一个特定方向而不是所有方向照射光线。这样的结果就是只有在聚光方向的特定半径内的物体才会被照亮，其它的物体都会保持黑暗。聚光很好的例子就是路灯或手电筒。
OpenGL中聚光是用一个世界空间位置、一个方向和一个切光角(Cutoff Angle)来表示的，切光角指定了聚光的半径（译注：是圆锥的半径不是距光源距离那个半径）。对于每个片段，我们会计算片段是否位于聚光的切光方向之间（也就是在锥形内），如果是的话，我们就会相应地照亮片段。下面这张图会让你明白聚光是如何工作的：
LightDir：从片段指向光源的向量。
SpotDir：聚光所指向的方向。
Phiϕ：指定了聚光半径的切光角。落在这个角度之外的物体都不会被这个聚光所照亮。
Thetaθ：LightDir向量和SpotDir向量之间的夹角。在聚光内部的话θ值应该比ϕ值小。
所以我们要做的就是计算LightDir向量和SpotDir向量之间的点积——会返回两个单位向量夹角的余弦值（得到θ），并将它与切光角ϕ值对比。你现在应该了解聚光究竟是什么了，下面以手电筒的形式创建一个聚光：
手电筒是一个位于观察者位置的聚光，通常瞄准玩家视角的正前方。可以说，手电筒就是普通的聚光，但是它的位置和方向会随着玩家的位置和朝向不断更新。在片段着色器中需要：聚光的位置向量——用于计算光的方向向量，聚光的方向向量，一个切光角。存储变量到Light结构体中：
struct Light {
vec3 position;
vec3 direction;
float cutOff;
...
};
将合适的值传递到着色器中：
lightingShader.setVec3("light.position", camera.Position);
lightingShader.setVec3("light.direction", camera.Front);
lightingShader.setFloat("light.cutOff", glm::cos(glm::radians(12.5f)));
可以看到没有给切光角设置一个角度值，反而是用角度值计算了一个余弦值，将余弦结果传递到片段着色器中。这样做的原因是在片段着色器中，我们会计算LightDir和SpotDir向量的点积，这个点积返回的将是一个余弦值而不是角度值，所以我们不能直接使用角度值和余弦值进行比较。为了获取角度值我们需要计算点积结果的反余弦，这是一个开销很大的计算。所以为了节约一点性能开销，我们将会计算切光角对应的余弦值，并将它的结果传入片段着色器中。由于这两个角度现在都由余弦角来表示了，我们可以直接对它们进行比较而不用进行任何开销高昂的计算。
计算θ值，并将它和切光角ϕ对比，来决定是否在聚光的内部：
float theta = dot(lightDir, normalize(-light.direction));
if(theta > light.cutOff)
{
// 执行光照计算
}
else // 否则，使用环境光，让场景在聚光之外时不至于完全黑暗
color = vec4(light.ambient * vec3(texture(material.diffuse, TexCoords)), 1.0);
我们首先计算了lightDir和取反的direction向量（取反的是因为我们想让向量指向光源而不是从光源出发）之间的点积。记住要对所有的相关向量标准化。
注：为什么在if条件中使用的是 > 符号而不是 < 符号。theta不应该比光的切光角更小才是在聚光内部吗？这并没有错，但不要忘记角度值现在都由余弦值来表示的。一个0度的角度表示的是1.0的余弦值，而一个90度的角度表示的是0.0的余弦值：
弦值越接近1.0，它的角度就越小。这也就解释了为什么theta要比切光值更大了。切光值目前设置为12.5的余弦，约等于0.9978，所以在0.9979到1.0内的theta值才能保证片段在聚光内，从而被照亮。
平滑/软化边缘
聚光周围有一圈边光，如果一个片段遇到边缘时，应该要平滑过渡的变暗。一个真实的聚光将会在边缘逐渐减少亮度。
创建一种看起来边缘平滑的聚光，我们需要模拟聚光有一个内圆锥(Inner Cone)和一个外圆锥(Outer Cone)。我们可以将内圆锥设置为上一部分中的那个圆锥，但我们也需要一个外圆锥，来让光从内圆锥逐渐减暗，直到外圆锥的边界。
为了创建一个外圆锥，我们只需要再定义一个余弦值来代表聚光方向向量和外圆锥向量（等于它的半径）的夹角。然后，如果一个片段处于内外圆锥之间，将会给它计算出一个0.0到1.0之间的强度值。如果片段在内圆锥之内，它的强度就是1.0，如果在外圆锥之外强度值就是0.0。
公式如下：
ϵ作为分母，是内外圆锥半径的余弦值的差：（ϵ=ϕ−γ）。最终得到聚光强度。实例值组成的表格如下：
得到的强度值：在聚光外是负的，在内圆锥内大于1.0的，在边缘处于两者之间的强度值了。
正确约束这个值，在片段着色器中就不要If-else了，能够使用计算出来的强度值直接乘以光照分量：
float theta = dot(lightDir, normalize(-light.direction));
float epsilon = light.cutOff - light.outerCutOff;
float intensity = clamp((theta - light.outerCutOff) / epsilon, 0.0, 1.0);
...
// 将不对环境光做出影响，让它总是能有一点光
diffuse *= intensity;
specular *= intensity;
...
补充：clamp函数，它把第一个参数约束(Clamp)在了0.0到1.0之间。这保证强度值不会在[0, 1]区间之外。
将outerCutOff值添加到了Light结构体之中，并在程序中设置它的uniform值。可以尝试用内切光角是12.5，外切光角是17.5。
