光源颜色、物体反射率与场景着色器

为什么你看到的「红苹果」会随灯光改变

随手拿起一个红苹果，你会理所当然地觉得「它就是红的」。可把它端进伸手不见五指的暗房，红色去哪了？灯一关，苹果就成了一团黑。可见颜色不是苹果自己揣在兜里的东西——没有光，什么颜色都谈不上。

换个想法：苹果更像一个挑食的反射器。照过来的光里混着各种颜色，苹果把不合胃口的那些「吃掉」（吸收），只把红色那一份弹回来。弹回你眼睛里的，才是你看到的颜色。所以你看到的红，其实是「光送来的红，被苹果留下并反射回来」的红。

这一章要解决的就是这件事：在屏幕上画一个物体时，它最终显什么色，到底由谁说了算？想不清这条，后面整篇光照——影子、高光、明暗——全是空中楼阁；想清了，它就是一切的地基。

物体颜色：反射回来的那部分光

先把直觉变精确。在图形学里，一个物体的「颜色」指的不是它发光，而是它的物体颜色（反射特性）——它面对一束光时，会反射哪些颜色、吸收哪些颜色。我们说「这个物体是珊瑚红」，真正的意思是：照白光时，它主要把红色、加一点绿和蓝反射出来，其余吃掉。

为什么要这么绕？因为这正贴合现实：同一个物体，换一种光照，看上去就变样了。白炽灯下暖、冷白灯下冷、舞台红灯下整个发红——物体本身没变，反射规则没变，变的是照过来的光。把「颜色 = 反射」这件事认下来，才解释得了这些日常现象。

光源颜色：照过来的那束光是什么色

另一半是光本身。光源颜色就是照过来那束光的颜色：太阳光、白炽灯近似白光（红、绿、蓝三种成分都很足）；舞台上的红灯、绿灯则是有色光（只有某一两种成分强，别的几乎没有）。

关键点在这：物体只能反射「光里本来就有的」颜色。光里没有的成分，物体再想反射也无米下锅。一个红苹果在纯绿光下——绿光里压根没有红色成分可供它反射，红就弹不回来了，于是它看上去发暗、发黑。这就埋下了下一节那条核心规则。

核心规则：反射所见 = 光色 × 物色

把两半合起来，就得到本章最重要的一句话：

你最终看到的颜色 = 光源颜色 × 物体颜色，而且是红配红、绿配绿、蓝配蓝地分开相乘。

这种「对应分量各自相乘」的算法叫逐分量相乘：颜色都用 (红, 绿, 蓝) 三个 0~1 的数表示，相乘时红跟红乘、绿跟绿乘、蓝跟蓝乘，互不串门。直觉上它就是在问每个通道：「这种颜色的光（光色），物体愿意反射回多少比例（物色）？」两个一乘，就是真正弹回你眼里的量。

为什么这条规则在整个光照模型里是地基？因为后面要学的环境光、漫反射、镜面高光，本质都是在更精细地算出「这块表面到底被多少光照到、是什么色的光」——也就是把上面那个「光源颜色」算得更讲究；而「乘上物体颜色得到反射所见」这一步，自始至终都在最里层。先把这条朴素规则攥牢，后面只是往里填料。下面的 Demo 就让你亲手乘一乘。

分三步核对颜色乘法

先不要把 lightColor * objectColor 当成一句需要背的代码。按数据来源拆开：光源决定表面收到哪些通道，物体颜色决定每个通道保留多少比例，着色器才把两者逐通道相乘并输出。

动手：拖两个颜色，看它们相乘

下面是本章的主角。画布分三栏，从左到右就是这条规则的三步分解：第一步——左栏是物体本色（假设白光下它长这样）；第二步——给它乘上中栏照过来的光色；第三步——得到右栏两者逐分量相乘的反射所见，也就是你真正会看到的颜色。换句话说：先看物体本色，再乘光色，最后得反射所见，三栏并排把这步乘法摊在眼前。右侧两个颜色控件分别驱动「物体色」和「光色」这两个 uniform，拖一下，右栏立刻跟着变。

初始就是经典例子：珊瑚红的物体（(1.0, 0.5, 0.31)）被白光（(1.0, 1.0, 1.0)）照——白光各分量都是 1，乘下来物体原封不动，所以右栏 = 左栏，物体显出本色。

猜一猜：把中间的「光色」拖成纯绿（红、蓝都拉到 0，只留绿），这个珊瑚红物体的「反射所见」会偏成什么色？是更红、更绿，还是发暗发黑？先在脑子里算一下红配红、绿配绿、蓝配蓝，再拖控件验证。

谜底：纯绿光是 (0, 1, 0)，珊瑚红物体是 (1.0, 0.5, 0.31)，逐分量相乘 = (0×1.0, 1×0.5, 0×0.31) = (0, 0.5, 0)——红、蓝两个通道被绿光「掐灭」（光里没有这两种成分，物体无从反射），只剩半亮的绿。所以珊瑚红物体在绿光下会显成一抹发暗的绿。把光色拉回纯白 (1, 1, 1)，乘下来又恢复成物体本色——这正是「白光显本色」的由来。

代码：一行就是全部规则

把上面 Demo 的核心摊开看，本章的全部规则其实就浓缩在片段着色器的一行乘法里。物体色和光色各是一个 uniform（你的程序用 setVec3 / gl.uniform3f 传进去，做法和上一篇「着色器」章一样），相乘后输出：

// 片段着色器
#version 330 core
out vec4 FragColor;
 
uniform vec3 objectColor;   // 物体色（白光下的本色）
uniform vec3 lightColor;    // 光源颜色
 
void main() {
  // 逐分量相乘：红×红、绿×绿、蓝×蓝 —— 这一行就是本章的核心
  FragColor = vec4(lightColor * objectColor, 1.0);
}

const fragmentSrc = `#version 300 es
precision highp float;       // WebGL2 片段着色器必写：声明浮点精度
out vec4 FragColor;
 
uniform vec3 objectColor;    // 物体色（白光下的本色）
uniform vec3 lightColor;     // 光源颜色
 
void main() {
  // 逐分量相乘：红×红、绿×绿、蓝×蓝 —— 这一行就是本章的核心
  FragColor = vec4(lightColor * objectColor, 1.0);
}`;

GLSL 里两个 vec3 直接写 *，做的就是逐分量相乘——lightColor * objectColor 一行，红配红、绿配绿、蓝配蓝全办妥，不用你手写三遍。两端的 GLSL 源码完全一样，唯一差异在那行版本声明和精度声明：

至于怎么把 objectColor / lightColor 的值从程序里传进这两个 uniform（getUniformLocation 问位置、uniform3f 写值、先 useProgram），和上一篇「着色器」章一模一样，这里不再重复。本章要你记住的，就是 main 里那一行乘法。

官方示例的两个立方体与两个着色器

为了让光源位置在场景中可见，官方示例还绘制一个缩小的灯源立方体。它和被照物体可以共享同一份立方体位置 VBO，但分别绑定 objectVAO 与 lightVAO：VAO 记录的是“怎样解释缓冲并启用哪些属性”，不是顶点数据本身。两次 draw call 也使用不同 shader program：物体程序输出 lightColor * objectColor，灯源程序直接输出灯光颜色。

// 同一个 position VBO，分别配置两个 VAO
glBindVertexArray(objectVAO);
glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, cubeVBO);
glVertexAttribPointer(0, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 3 * sizeof(float), nullptr);
glEnableVertexAttribArray(0);
 
glBindVertexArray(lightVAO);
glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, cubeVBO);
glVertexAttribPointer(0, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 3 * sizeof(float), nullptr);
glEnableVertexAttribArray(0);
 
lightingShader.use();
glBindVertexArray(objectVAO);
glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, 36);
 
lightCubeShader.use();
glBindVertexArray(lightVAO);
glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, 36);

这段代码的复刻要点不是“必须复制两份顶点”，而是共享 VBO、分开 VAO、分开 program、分开 draw call。后续加入法线时，物体 VAO 会多出法线属性，而灯源 VAO 仍只需位置，这种分离会更有价值。

容易踩的坑

小结

• 物体颜色不是物体自带的，而是它反射回来的那部分光——没有光就没有颜色
• 光源颜色决定「有哪些颜色的光可供反射」；物体只能反射光里本来就有的成分
• 核心规则：反射所见 = 光色 × 物色，红配红、绿配绿、蓝配蓝逐分量相乘
• 白光 (1,1,1) 乘下来不改变物体，所以显本色；有色光会掐灭某些分量，物体就偏色
• 这条「光色 × 物色」是整个光照模型的最里层地基，后续只是把「光色」算得越来越讲究

void main() {
  vec3 reflected = uLightColor * uObjectColor;  // 光色 × 物色
  FragColor = vec4(reflected, 1.0);             // 整块都显反射所见
}

版本、来源与运行边界

本章以 Joey de Vries 的 LearnOpenGL 原章 为授权改编依据，教学运行基线是 OpenGL 3.3 Core Profile。Khronos 当前发布的规范参照是 OpenGL 4.6 Core Profile；这里用 4.6 规范核查术语和状态合同，但不把 4.6 API 偷偷倒填为原教程内容。GLFW、GLAD、Assimp 与驱动版本都属于运行环境，不能拿“编译通过”替代对 context、资源和 framebuffer 结果的验证。

正式概念与状态责任

• color：在“光源颜色、物体反射率与场景着色器”中由lamp/object 两个 program 与各自颜色 uniform负责解释其输入、受控状态和可观察结果；运行时以当前 program、uniform location/value、输入颜色和 framebuffer 取样定位它的第一处变化。
• light color：在“光源颜色、物体反射率与场景着色器”中由lamp/object 两个 program 与各自颜色 uniform负责解释其输入、受控状态和可观察结果；运行时以当前 program、uniform location/value、输入颜色和 framebuffer 取样定位它的第一处变化。
• object color：在“光源颜色、物体反射率与场景着色器”中由lamp/object 两个 program 与各自颜色 uniform负责解释其输入、受控状态和可观察结果；运行时以当前 program、uniform location/value、输入颜色和 framebuffer 取样定位它的第一处变化。

章专属 OpenGL 状态实验

先预测“分别绑定灯与物体 program，上传颜色并绘制光源代理和受光物体”发生后，lamp/object 两个 program 与各自颜色 uniform应怎样改变lightColor、objectColor、program 绑定和片段输出；再操作三个实验。实验不生成变化率或正确率等虚构总分，只显示真实 GL 状态、资源、命令和可观察结果。

实验一：Context—资源—结果合同

选择任一正式概念与基线/单故障场景，核对它是否进入本章状态合同。正式概念只有同时出现在解释、可视状态和交付证据中才算覆盖。

实验二：CPU 命令到 GPU 结果的五段轨迹

逐段执行“分别绑定灯与物体 program，上传颜色并绘制光源代理和受光物体”，在每一步记录资源身份、状态变化与第一个可观察结果，并持续核对“物体输出逐通道等于入射光色乘反射率，uniform 写入正确 program”。

实验三：单故障与同输入恢复

注入“查询的是 object program 的 location，却在 lamp program current 时上传颜色”，保存首个分岔；撤销后沿用完全相同的 context、资源内容、uniform 和 draw 输入重放。只有当前 program、uniform location/value、输入颜色和 framebuffer 取样一起恢复才算修复。

最小可重放检查

unit: logl-09
owner: lamp/object 两个 program 与各自颜色 uniform
state_or_resource: lightColor、objectColor、program 绑定和片段输出
command: 分别绑定灯与物体 program，上传颜色并绘制光源代理和受光物体
pass_invariant: 物体输出逐通道等于入射光色乘反射率，uniform 写入正确 program
single_fault: 查询的是 object program 的 location，却在 lamp program current 时上传颜色
required_evidence: 当前 program、uniform location/value、输入颜色和 framebuffer 取样

复核者先仅依据以上合同写出预期，再运行基线、单故障和清理后重放。若两次基线的资源身份、首个状态变化或 framebuffer 结果不同，必须保留差异，不能用最终截图相似掩盖中间状态错误。