昼夜切换台

将本章各知识点组合成一个完整的交互示例：太阳绕场景旋转，模拟从清晨到正午到黄昏再到深夜的完整昼夜周期。

rust

use std::f32::consts::PI;

use bevy::{
    light::CascadeShadowConfigBuilder,
    prelude::*,
    text::TextFont,
};

const DAY_DURATION: f32 = 60.0;

#[derive(Resource)]
struct DayTime {
    phase: f32,
    paused: bool,
    speed: f32,
}

impl Default for DayTime {
    fn default() -> Self {
        Self { phase: 0.25, paused: false, speed: 1.0 }
    }
}

fn main() {
    App::new()
        .insert_resource(DayTime::default())
        .insert_resource(GlobalAmbientLight {
            color: Color::srgb(0.1, 0.1, 0.3),
            brightness: 10.0,
            ..default()
        })
        .add_plugins(DefaultPlugins)
        .add_systems(Startup, setup)
        .add_systems(Update, (update_daytime, apply_daylight, ui_text))
        .run();
}

#[derive(Component)]
struct SunLabel;

fn setup(
    mut commands: Commands,
    mut meshes: ResMut<Assets<Mesh>>,
    mut materials: ResMut<Assets<StandardMaterial>>,
) {
    // 地面
    commands.spawn((
        Mesh3d(meshes.add(Plane3d::default().mesh().size(12.0, 12.0))),
        MeshMaterial3d(materials.add(StandardMaterial {
            base_color: Color::srgb(0.4, 0.4, 0.4),
            perceptual_roughness: 1.0,
            ..default()
        })),
    ));

    // 场景中的物体
    for (x, z, color) in [
        (-2.0, -1.5, Color::srgb(0.1, 0.5, 0.9)),
        (2.0, -1.5, Color::srgb(0.9, 0.2, 0.2)),
        (0.0, 1.5, Color::srgb(0.2, 0.8, 0.3)),
    ] {
        commands.spawn((
            Mesh3d(meshes.add(Cuboid::new(0.8, 0.8, 0.8))),
            MeshMaterial3d(materials.add(StandardMaterial {
                base_color: color,
                ..default()
            })),
            Transform::from_xyz(x, 0.4, z),
        ));
    }

    // 金属球
    commands.spawn((
        Mesh3d(meshes.add(Sphere::new(0.6).mesh().uv(32, 18))),
        MeshMaterial3d(materials.add(StandardMaterial {
            base_color: Color::srgb(0.9, 0.7, 0.2),
            metallic: 0.9,
            perceptual_roughness: 0.3,
            ..default()
        })),
        Transform::from_xyz(0.0, 0.6, -1.5),
    ));

    // DirectionalLight
    commands.spawn((
        DirectionalLight {
            illuminance: light_consts::lux::FULL_DAYLIGHT,
            contact_shadows_enabled: true,
            ..default()
        },
        Transform::IDENTITY,
        CascadeShadowConfigBuilder {
            num_cascades: 4,
            maximum_distance: 20.0,
            first_cascade_far_bound: 4.0,
            ..default()
        }
        .build(),
    ));

    // 相机
    commands.spawn((
        Camera3d::default(),
        Camera {
            clear_color: ClearColorConfig::Custom(Color::srgb(0.1, 0.1, 0.2)),
            ..default()
        },
        Transform::from_xyz(5.0, 4.0, 7.0).looking_at(Vec3::ZERO, Vec3::Y),
    ));

    // UI
    commands.spawn((
        Text::default(),
        TextFont { font_size: FontSize::Px(20.0), ..default() },
        TextColor(Color::WHITE),
        Node {
            position_type: PositionType::Absolute,
            top: Val::Px(12.0),
            left: Val::Px(12.0),
            ..default()
        },
        SunLabel,
        children![TextSpan::new("")],
    ));
}

fn update_daytime(
    time: Res<Time>,
    key_input: Res<ButtonInput<KeyCode>>,
    mut day: ResMut<DayTime>,
) {
    if key_input.just_pressed(KeyCode::Space) {
        day.paused = !day.paused;
    }
    if key_input.just_pressed(KeyCode::ArrowUp) {
        day.speed = (day.speed * 2.0).min(8.0);
    }
    if key_input.just_pressed(KeyCode::ArrowDown) {
        day.speed = (day.speed / 2.0).max(0.25);
    }

    if !day.paused {
        day.phase += time.delta_secs() * day.speed / DAY_DURATION;
        if day.phase > 1.0 {
            day.phase -= 1.0;
        }
    }
}

fn apply_daylight(
    day: Res<DayTime>,
    mut directional: Query<&mut Transform, With<DirectionalLight>>,
    mut ambient: ResMut<GlobalAmbientLight>,
    mut camera_query: Query<&mut Camera>,
) {
    // 太阳绕 Y 轴旋转
    let angle = day.phase * PI * 2.0;
    let height = (day.phase * PI * 2.0).sin().max(-0.2);
    let elevation = height.max(0.0) * 6.0 + 2.0;
    let sun_pos = Vec3::new(angle.cos() * 8.0, elevation, angle.sin() * 8.0);

    for mut transform in &mut directional {
        *transform = Transform::from_translation(sun_pos).looking_at(Vec3::ZERO, Vec3::Y);
    }

    // 环境光随日照变化
    let daylight = (day.phase * PI * 2.0).sin().max(0.0);
    ambient.brightness = daylight * 80.0 + 2.0;
    ambient.color = Color::srgb(
        0.3 + daylight * 0.7,
        0.3 + daylight * 0.7,
        0.5 + daylight * 0.5,
    );

    // 天空色
    for mut camera in &mut camera_query {
        camera.clear_color = ClearColorConfig::Custom(Color::srgb(
            0.1 + daylight * 0.5,
            0.1 + daylight * 0.5,
            0.2 + daylight * 0.4,
        ));
    }
}

fn ui_text(day: Res<DayTime>, label: Single<Entity, With<SunLabel>>, mut writer: TextUiWriter) {
    let phase = day.phase;
    let phase_name = if phase < 0.125 || phase >= 0.875 {
        "深夜"
    } else if phase < 0.25 {
        "凌晨"
    } else if phase < 0.375 {
        "清晨"
    } else if phase < 0.5 {
        "上午"
    } else if phase < 0.625 {
        "正午"
    } else if phase < 0.75 {
        "下午"
    } else {
        "黄昏"
    };

    *writer.text(*label, 0) = format!(
        "时间：{:.0}%\n时段：{phase_name}\n速度：{:.1}×\n\n\
         空格：暂停/继续\n上：加速  下：减速",
        phase * 100.0,
        day.speed,
    );
}

Listing 22-7：昼夜切换台——完整的昼夜循环演示

运行方式

console

cargo run -p ch22-lighting

操作

按键	功能
空格	暂停/继续时间推进
↑	加速（2×、4×、8×）
↓	减速（1/2×、1/4×、1/8×）

设计要点

时间相位 phase 是一个 [0, 1) 的循环值，通过 DayTime Resource 管理。相位到太阳位置的映射：

phase × 2π 得到水平旋转角
sin(phase × 2π) 得到太阳高度角
日出（phase=0.25）在东方，正午（phase=0.5）在天顶，日落（phase=0.75）在西方

联动系统 三套系统各司其职：

update_daytime：处理键盘输入、推进时间相位
apply_daylight：根据相位设置太阳位置、环境光亮度与颜色、相机背景色
ui_text：更新 UI 显示当前时段与速度

apply_daylight 同时调节 GlobalAmbientLight 的 brightness 和 color——正午明亮偏白，午夜暗淡偏蓝——使单一方向光配合环境光变化产生丰富的昼夜视觉差异。

小结

三种光源各有定位：DirectionalLight 模拟极远光源（太阳）、PointLight 模拟全向灯、SpotLight 模拟定向锥形灯
GlobalAmbientLight 为全场景提供无方向兜底照明
阴影启用后需要调校 depth_bias 与 normal_bias 以避免 artifacts
CascadeShadowConfig 影响方向光阴影的精度分布
ShadowFilteringMethod 控制阴影边缘柔化方式，作为组件挂在相机上
EnvironmentMapLight 用立方体贴图提供反射环境，对金属材质效果最显著
光照参数可在运行时通过 ResMut<T> 修改，适合昼夜循环等动态需求

练习

添加第二盏聚光灯：在场景中再加一盏聚光灯，位置在相机背后，颜色设为冷色（蓝紫），模拟月光补光效果。
调 bias：将 shadow_depth_bias 设为 0.0 观察 shadow acne；然后设为 1.0 观察 Peter Panning。找到你场景的最佳值。
环境贴图实验：准备一张 .hdr 文件，用 EnvironmentMapLight 替换场景的环境照明。
多云效果：修改 apply_daylight，使正午时 illuminance 只在 1,000—10,000 lux 间随机变化，模拟薄云遮挡。

昼夜切换台 ​

运行方式 ​

操作 ​

设计要点 ​

小结 ​

练习 ​

昼夜切换台

运行方式

操作

设计要点

小结

练习