Işık Kaynakları (Light Casters) 🔦

Şimdiye kadar kullandığımız tek ışık türü, uzayda tek bir noktadan her yöne eşit yayılan basit bir ışık kaynağıydı.

Ancak gerçek dünyada birden fazla ışık türü bulunur: * Milyonlarca kilometre uzaktan gelen ve tüm ışınları birbirine paralel olan Güneş, * Bir odanın tavanındaki ampul ya da bir kamp ateşi (Noktasal Işık), * Bir madencinin kaskına takılı ya da bir el fenerinden çıkan dar açılı koni (Spot Işık)...

Bu bölümde grafik programlamanın 3 temel ışık kaynağı türünü inceleyecek, ışığın mesafeyle azalmasını sağlayan Zayıflama (Attenuation) formülünü kodlayacak ve yumuşak kenarlı gerçekçi bir El Feneri inşa edeceğiz!

---

1. Yönlü Işık (Directional Light / Güneş) ☀️

Işık kaynağı nesnelerden inanılmaz derecede uzakta olduğunda (Güneş gibi), ışık kaynağından çıkan tüm ışınlar birbirine neredeyse tamamen paralel ulaşır.

Böylesi bir ışık kaynağının dünya uzayında bir konumu yoktur; sadece bir yönü (direction) vardır!

struct DirLight {
    vec3 direction; // Işığın gittiği yön (örn: vec3(-0.2f, -1.0f, -0.3f))

    vec3 ambient;
    vec3 diffuse;
    vec3 specular;
};
uniform DirLight dirLight;

Fragment Shader'da ışık yönünü hesaplamak için çıkarma işlemi yapmamıza gerek kalmaz; yönü doğrudan ters çevirip kullanırız:

vec3 lightDir = normalize(-dirLight.direction);

---

2. Noktasal Işık (Point Light / Ampul) 💡

Noktasal ışık, 3B uzayda belirli bir koordinata sahip olan ve her yöne doğru küresel olarak ışık saçan bir kaynaktır (örneğin bir lamba veya meşale).

Noktasal ışığın en kritik özelliği, ışık kaynağından uzaklaştıkça ışık şiddetinin azalmasıdır. Buna grafik dünyasında Zayıflama (Attenuation) denir.

Zayıflama Formülü (Attenuation)

Fizikte ışığın şiddeti mesafenin karesiyle ters orantılıdır (\(1/d^2\)). Ancak oyunlarda ve gerçek zamanlı grafiklerde bu formülü daha kontrollü kılmak için 3 katsayılı standart bir formül kullanılır:

\[F_{att} = \frac{1.0}{K_c + K_l \cdot d + K_q \cdot d^2}\]

Burada: * \(d\): Piksel ile ışık kaynağı arasındaki mesafedir (length(light.position - FragPos)). * \(K_c\) (Constant - Sabit Katsayı): Paydanın asla 1'den küçük olmamasını sağlar (genelde 1.0). * \(K_l\) (Linear - Doğrusal Katsayı): Işığın orta mesafelerde yumuşakça azalmasını sağlar. * \(K_q\) (Quadratic - Karesel Katsayı): Uzak mesafelerde ışığın hızla sönmesini sağlar.

Standart Zayıflama Değerleri Tablosu

Farklı mesafeler için endüstride test edilmiş standart katsayılar şunlardır:

Mesafe	Sabit (\(K_c\))	Doğrusal (\(K_l\))	Karesel (\(K_q\))
7 metre	1.0	0.7	1.8
20 metre	1.0	0.22	0.20
50 metre	1.0	0.09	0.032
100 metre	1.0	0.045	0.0075
3250 metre	1.0	0.0014	0.000007

Fragment Shader'da Uygulama:

float distance    = length(light.position - FragPos);
float attenuation = 1.0 / (light.constant + light.linear * distance + 
                    light.quadratic * (distance * distance));    

ambient  *= attenuation; 
diffuse  *= attenuation;
specular *= attenuation;

---

3. Spot Işık (Spotlight / El Feneri) 🔦

Spot ışık, belirli bir konumdan belirli bir koni doğrultusunda ışık saçan kaynaktır (el feneri, araba farı veya sahne spotları gibi).

Spot ışığı tanımlamak için: * position: Işığın konumu (örn. kameramızın konumu). * direction: Işığın baktığı yön (örn. kameramızın baktığı yön cameraFront). * cutOff: Işık konisinin yarıçap açısının kosinüsü (\(\phi\)).

vec3 lightDir = normalize(light.position - FragPos);
// Işık yönü ile piksel arasındaki açının kosinüsü:
float theta = dot(lightDir, normalize(-light.direction));

if(theta > light.cutOff) // Kosinüs değeri büyükse açı daha küçüktür (koninin içindedir)!
{       
    // Phong aydınlatmasını uygula...
}
else
{
    // Koninin dışındaysa sadece çok hafif ortam ışığı çiz:
    FragColor = vec4(light.ambient * texture(material.diffuse, TexCoords).rgb, 1.0);
}

Ancak bu haliyle ışık konisinin sınırları bıçakla kesilmiş gibi sert ve yapay görünür:

---

Yumuşak Kenarlı El Feneri (Smooth / Soft Edges) 🌟

Gerçek bir el fenerinin kenarları karanlığa doğru kademeli olarak yumuşar. Bunu sağlamak için bir İç Koni (\(\phi\)) ve bir Dış Koni (\(\gamma\)) tanımlarız:

İki koni arasındaki yumuşak geçiş şiddeti formülü:

\[I = \frac{\theta - \gamma}{\epsilon}\]

Burada \(\epsilon = \phi - \gamma\)'dır.

Fragment Shader'da:

float theta     = dot(lightDir, normalize(-light.direction));
float epsilon   = light.cutOff - light.outerCutOff;
float intensity = clamp((theta - light.outerCutOff) / epsilon, 0.0, 1.0);

// Yaygın ve Aynasal bileşenleri intensity ile çarp:
diffuse  *= intensity;
specular *= intensity;

---

Alıştırmalar 🏋️

1. Işık kaynağını kameranıza bağlayarak (light.position = camera.Position; light.direction = camera.Front;) gerçek bir birinci şahıs korku oyunu el feneri yapın!
2. El fenerini klavyeden bir tuşla (örneğin F tuşu) açıp kapatılabilen hale getirin.

---

Artık yönlü ışıkları, mesafeyle zayıflayan noktasal ışıkları ve yumuşak kenarlı el fenerlerini biliyorsunuz!

Peki, aynı sahnede hem gökyüzündeki Güneş, hem duvardaki 4 farklı meşale, hem de karakterimizin elindeki el feneri aynı anda bulunursa ne yapacağız?

Bütün bu ışıkları tek bir nihai Shader mimarisinde birleştireceğimiz Bölüm 6: "Çoklu Işık Kaynakları (Multiple Lights)" sayfasına geçelim!

👉 Sonraki Bölüm: Çoklu Işıklar (Multiple Lights)