CSS 幻术 | 有关光影效果的黑魔法

前言

总听人说光和影是孪生兄弟，有光就有影。其实不然，如果没有光线强弱的对比，也就不会有阴影的存在。我们总是依靠物体表面的反光来感知世界，假设所有物体都能完全吸收光线，那世界将变得黑漆漆一片。

所谓只有理解光，才能驾驭阴影。好的设计师往往都是用光高手，能通过复杂的光影向读者传达出物体的质感、空间感以及层次感texture[1]。他们画出来的设计稿都是漂漂亮亮的，这可苦了广大前端同胞！在浏览器中，我们只能用寥寥几个 CSS 属性，束手束脚地同时还想方设法地还原设计稿。毕竟，相比我们用的 CSS 手枪，设计师们用的 AE、C4D 看起来就像大炮一样！

常见光影效果

好在我们可以暂且假以性能为由，继续正大光明地怎么简单怎么来（汗）。就像一提到光影效果，大家第一反应肯定是操起 box-shadow、text-shaodw、drop-shadow 三件套直接开画。就大部分场景来说，这些属性还挺好用的，可用它实现多种效果，比如单侧投影、空心投影和投影动画。若涉及到彩色阴影、长投影或是倒影，就需要结合其它 CSS 属性打辅助了。

彩色投影[2]，可以让伪元素继承父元素的背景，再加模糊滤镜即可。这个思路也可以用来制作毛玻璃效果frosted-glass[3]。

彩色投影

.avator {
  position: relative;
  background: 'xxx';
}
.avator::after {
  content: "";
  position: absolute;
  top: 10%;
  width: 100%;
  height: 100%;
  /* 伪元素继承父元素背景 */
  background: inherit;
  /* 再加一些稀奇古怪的滤镜，调一调参数 */
  filter: blur(10px) brightness(80%) opacity(.8);
  z-index: -1;
}
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制作倒影可以使用 -webkit-box-reflect 属性box-reflect[4]。兼容性还不错，除了火狐和 IE，其余浏览器都能用。另一种方法则是用伪元素将父元素复制一份，再 transform 倒转一下位置。

https://codepen.io/TheDutchCoder/pen/IKqpA

阴影的另一面是高光。画高光的思路可以直接套画阴影的思路，只不过需要将投影的颜色改为半透明白色。

https://codepen.io/Lionad/pen/rNWMVGb

另一种方法是用背景渐变或伪元素模拟高光。若再配合 CSS 动画，可以轻松实现扫光[5]等效果。

扫光动画

body:before {
  content: "";
  position: absolute;
  top: 0;
  width: 200vw;
  height: 35px;
  background-color: rgba(255, 255, 255, 0.4);
  transform: rotate(45deg);
  animation: scan-light 2s ease-in infinite;
}
@keyframes scan-light {
  from {
    right: -100vw;
  }
  to {
    right: 40vw;
  }
}
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进阶光影效果

纹理

以上提到的几种绘制光影的方法，主要用来传达物体的形状及位置。比方说，倒影和渐变高光可以用来传达物体的质感，展示物体光滑到足以发生镜面反射的表面。当然，这是理想情况。现实中的物体很少有平滑的表面，就算肉眼可见的光滑表面，微观上而言也是坑坑洼洼不堪入目。

物体的微观表面

一旦我们开始使用 CSS 去模拟高级光影，首先碰到的难题就是如何处理磨砂表面。以下介绍一种简单实现磨砂表面的思路，在寻常场景用用还是阔以的。

物体表面是什么样，我们就给它贴什么样的图片，这种方法叫做材质贴图。我们用一个简单的材质贴图为例，先用 PS 弄一张纯色的背景，然后分别随机填充一些稍微亮一点高光和稍微暗一点的像素点linegradient-material[6]，就能获得类似下图结果。

材质图片

我们再把这张材质平铺为文档背景，就可以得到类似磨砂金属般的表面纹理（由于图片压缩的原因，效果可能不好，可直接前往Codepen[7]查看细节）。

https://codepen.io/Lionad/pen/mdWWxdg

不同的高光和阴影细节会给人不同的感受，比方说这里有一张雪花电视效果图，其高光像素和阴影像素的对比度要比磨砂金属表面的大得多。

https://codepen.io/joeyhoer/pen/CojIk

使用图片的不便之处在于没有办法边调整细节边预览，并且 PS 可能超出前端的技术栈范围了。好在我们还有 SVG 这个神器why-svg[8]。以下是一套“标准的”材质生成代码，可以用来生成非常多种类的材质。

<svg width="0" height="0">
  <filter id="surface">
    <feTurbulence type="fractalNoise" baseFrequency='0.03 0.06' numOctaves="30" />
    <feDiffuseLighting lighting-color='#ffe8d5' surfaceScale='2'>
      <feDistantLight elevation='10' />
    </feDiffuseLighting>
  </filter>
</svg>
<style>
body {
  margin: 0;
  width: 100vw;
  height: 100vh;
  overflow: hidden;
  filter: url(#surface);
}
</style>
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其中，feDiffuseLighting[9] 是一种噪音滤镜，可以创建出随机的材质图片。feDiffuseLighting[10] 是光源滤镜。feDistantLight 指示用平行光作为光源。

光源？弄个材质还要这么复杂嘛？

先别急，光源其实也就几种：点状光、平行光、聚光。可以简单理解成电灯泡、太阳以及戏剧灯。由于我们还将在表面材质的话题中停留一会儿，暂且只需要用到平行光。

https://developer.mozilla.org/zh-CN/docs/Web/SVG/Element/feDiffuseLighting

大致了解了上面那段 SVG 是什么意思，我们就开始愉快地调参数啦。

先试试降低灯光到表面的距离（减小 elevation）以增加高光面和阴影面的对比度。获得了以下看起来像是某种土壤的纹理[11]。

土壤纹理

接下来拉高灯光，调整光照颜色（lighting-color），再把纹理弄粗糙一些（减小 baseFrequency），获得了类似大理石的纹理[12]（也许有点像白色的牛皮纸）。

大理石纹理

增加 baseFrequency、调整表面基准高度 surfaceScale 获得平滑纹理，再调整灯光高度降低高光和阴影的对比度，得到了白石灰墙壁纹理[13]。

白石灰墙壁

<svg width="0" height="0">
  <filter id="surface">
    <feTurbulence type="fractalNoise" baseFrequency='.95' numOctaves="80" result='noise' />
    <feDiffuseLighting in='noise' lighting-color='#fff' surfaceScale='1.4' result="grind">
      <feDistantLight azimuth='500' elevation='50' />
    </feDiffuseLighting>
    <feGaussianBlur in="grind" stdDeviation=".6"/>
  </filter>
</svg>
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各位应该发现了白石灰墙壁的代码相比“标准模板”增加了一个高斯模糊滤镜（feGaussianBlur）。原则上滤镜无限叠加，可以做出非常多好玩的效果。比方说，有大佬用 SVG 画云朵。对，你没听错。以下是用 SVG 画的云朵纹理[14]cloud[15]。

云朵材质

菲涅尔效应

说完了粗糙的表面怎么画，我们再看看画光滑表面又有哪些原则。说起水和金属这种有相对光滑的表面的材质，不得不提到菲涅尔效应。

一句话介绍菲涅尔效应：如果你站在湖边低头看脚下的水，你会发现水是透明的，反射不是特别强烈，能看到水底；如果你看远处的湖面，你会看见山和天空的倒影。

菲涅尔效应

每种材质都有各自的菲涅尔值，这是根据其折射率决定的，表明了会有多少光线被物体吸收，又有多少光线从物体表面反弹fresnel[16]。以下用 chaosgroup.com[17] 的案例做说明。

图中有一个粗糙的球体，右侧图片中的球体边缘反射了天光而显得边缘发光，左侧图片中球体边缘则没有此现象。球体表面粗糙，菲涅尔效应会变得非常微弱，所以左图是正确结果；如果球体类似金属或水面，表面光滑，那么正确结果应当类似右图。

了解菲涅尔效应之后，我们就可以根据经验凭空画一些高菲涅尔效应的物体。下图是 Oscar Salazar 用 CSS 画的水滴[18]。他用 box-shadow 给水滴的下缘增加了大量的透明白色阴影来模拟菲涅尔效应。

水滴效果

如果对比了现实中的水滴，你会发现 Oscar Salazar 画的并不“真”。但是因为水滴的放大作用，再加上光影效果，十分抓人眼球，给人“神似”的感觉，所以并不会觉得画得有问题。

现实中的水滴

下图是 Envato Tuts+ 画的毛玻璃效果[19]。左边是原版，右边是增加了菲涅尔效应后的修改版本。修改后的版本看起来像是边缘平滑的玻璃版，而不是塑料板儿一块draw-not-sure[20]。

场景实战

限于技术，还有很多种类的光影效果文中没有提到，以后有机会的话出个续集吧（咕咕咕预定中）。这里我们用一个 CSS 绘制的书籍封面效果作为结尾，也顺便串联一下上文提到的技术。素材只给两张书籍封面图片，点此下载第一张[21]，点此下第二张[22]refferer[23]，目标是实现以下效果compressed[24]。

《乞力马扎罗山的雪》

《八百万种死法》

搭出框架

首先，观察图像，背景是一张纸，上面有一本书；光源在右上角，大概是平行光，光源高度离纸面不远。我们先用 HTML 搭出框架。

<div class="display-container">
  <!-- 纸背景材质层 -->
  <div class="paper" />
  <!-- 书的封面 -->
  <div class="book">
    <!-- 封面的纸的材质层 -->
    <div class="paper" />
    <!-- 用一张图片自动撑开封面高度 -->
    <img class="corner" src="xxx" />
  </div>
</div>
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处理纹理

然后我们用 SVG 调出类似纸面的纹理效果[25]，打光，然后设为背景。

纸纹理

纸纹理打光后

<svg width="0" height="0">
  <filter id="surface">
    <feTurbulence type="fractalNoise" baseFrequency='.95 .95' numOctaves="80" result='noise' />
    <feDiffuseLighting in='noise' lighting-color='#004F85' surfaceScale='.8' result="grind">
      <feDistantLight azimuth='500' elevation='50' />
    </feDiffuseLighting>
    <feGaussianBlur in="grind" stdDeviation=".5"/>
  </filter>
</svg>
<div class="paper"></div>
<style>
  body {
    width: 100vw;
    height: 100vh;
    overflow: hidden;
  }
  .paper {
    position: absolute;
    top: 0;
    left: 0;
    width: 100%;
    height: 100%;
  }
  .paper::before {
    content: '';
    position: absolute;
    top: 0;
    left: 0;
    width: 100%;
    height: 100%;
    filter: url(#surface);
  }
  .paper::after {
    content: '';
    position: absolute;
    top: 0;
    left: 0;
    width: 100%;
    height: 100%;
    background: radial-gradient(ellipse at 100% 0%, rgba(255,255,255,0.25), rgba(255,255,255,0.18) 50%, rgba(255,255,255,0.15) 70%, rgba(0,0,0,.1));
  }
</style>
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封面细节

紧接着开始绘制书籍封面，谨记有三个部分要处理：材质、高光和阴影。处理完之后结果如下[26]。

为添加图片的封面

有一些小细节要注意。

• 封面折痕的处理
• 模仿闭塞阴影
• 防止边缘过于锐利

先来说说折痕的处理。如果你手头有一本实体书，那再好不过了fold-mark[27]。试着用闪光灯打光，看看折痕上的光影，应该能发现折痕不过就是一道亮面和一道暗面的组合。我们可以用渐变来模拟这条折痕。

封面折痕

.book-cover .book::after {
  content: '';
  position: absolute;
  top: 0;
  left: 0;
  width: 100%;
  height: 100%;
  z-index: 2;
  background-repeat: no-repeat;
  background-image:
    /* 1. 这条渐变是比较明显的那道折痕 */
    linear-gradient(to right, rgba(0,0,0,0.1) 0.3%, rgba(255,255,255,0.09) 1.1%, transparent 1.3%),
    /* 2. 这条一像素的渐变是封面最左侧的折痕（没有暗面） */
    linear-gradient(to right, rgba(0,0,0,0.2) 0, rgba(255,255,255,0.08) 0%, transparent 0.5%);
  background-size: 50% 100%, 50% 100%;
  background-position: 0% top, 9% top;
}
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然后再说说闭塞阴影。闭塞阴影的概念非常简单，指两个物体靠得比较近，遮住了光线；靠得越近的地方，阴影就越黑occlusion-shadow[28]。对应到 CSS，drop-shadow 产生的阴影很“实”，但不能叠加；box-shadow 产生的阴影可调节阴影范围，但会向四周扩散。我们可以通过叠加 drop-shadow 和 box-shadow 的方式来模拟出更真实的阴影效果。

.book-cover .book {
  position: relative;
  /* 由于阴影对视觉中心有影响，所以把书整体向右上方挪一些 */
  margin-top: -1vh;
  margin-right: -1vh;
  width: 32%;
  max-width: 600px;
  font-size: 0;
  box-shadow: 
    -55px 40px 30px 0 rgb(0 0 0 / 10%), 
    -27px 25px 35px -5px rgb(0 0 0 / 20%),
    -10px 10px 15px 5px rgb(0 0 0 / 10%), 
    -12px 12px 10px 0 rgb(0 0 0 / 20%),
    -7px 7px 8px 0 rgb(0 0 0 / 10%),
    -5px 5px 5px 0 rgb(0 0 0 / 20%),
    -2px 2px 3px 0 rgb(0 0 0 / 30%);
  filter: drop-shadow(-20px 20px 15px rgba(0, 0, 0, .65));
}
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实现效果如下图。位置一指闭塞阴影，离书越近则阴影越浓重；位置二是 box-shadow 向外扩散的效果，和光源位置相背，违反了人的认知经验，需要避免。

阴影效果

再是关于如何防止边缘过于锐化。还未处理前，书籍的边缘类似以下这张图。由于图片被压缩，什么细节都看不出来了，这里直接介绍一下防止边缘锐化的方案吧。把两张图片叠一起，下面那张图片模糊一像素，上面那张图片 border-radius 设置 2 像素，搞定。

封面边缘

成品展示

最后，把所有代码整合到一起，调调参数，改改细节，就完成啦。嘿嘿，再放一张效果图。可以到 Codepen 查看最终效果[29]。

《罗生门》

啥，你想做一本能翻页的书？

那得去康康 turn.js[30] 的实现turnjs[31]。效果如下图，其中也有用到菲涅尔效应哦。

turn.js

想看看这篇文章是如何被创造的？你能从我的博客项目[32]中找到答案；欢迎 Star & Follow；也请大家多来我的线上博客逛逛[33]，排版超 Nice 哦~

参考资料

[1]texture: #fn-texture

[2]彩色投影: https://juejin.cn/post/6844903704986910728

[3]frosted-glass: #fn-frosted-glass

[4]box-reflect: #fn-box-reflect

[5]扫光: https://codepen.io/Lionad/pen/wvJJYzR

[6]linegradient-material: #fn-linegradient-material

[7]Codepen: https://codepen.io/Lionad/pen/mdWWxdg

[8]why-svg: #fn-why-svg

[9]feDiffuseLighting: https://developer.mozilla.org/zh-CN/docs/Web/SVG/Element/feTurbulence

[10]feDiffuseLighting: https://developer.mozilla.org/zh-CN/docs/Web/SVG/Element/feDiffuseLighting

[11]某种土壤的纹理: https://codepen.io/Lionad/pen/poeeLKd

[12]大理石的纹理: https://codepen.io/Lionad/pen/zYZZjxb

[13]白石灰墙壁纹理: https://codepen.io/Lionad/pen/rNyyQjp

[14]云朵纹理: https://codepen.io/beauhaus/pen/QJrpPY

[15]cloud: #fn-cloud

[16]fresnel: #fn-fresnel

[17]chaosgroup.com: https://www.chaosgroup.com/blog/understanding-glossy-fresnel

[18]水滴: https://codepen.io/raczo/pen/KKVbQmV

[19]毛玻璃效果: https://codepen.io/tutsplus/pen/WLaWjX

[20]draw-not-sure: #fn-draw-not-sure

[21]点此下载第一张: https://mgear-image.oss-cn-shanghai.aliyuncs.com/css-draw/s2709063811.jpg

[22]点此下第二张: https://mgear-image.oss-cn-shanghai.aliyuncs.com/css-draw/s3360190011.jpg

[23]refferer: #fn-refferer

[24]compressed: #fn-compressed

[25]纸面的纹理效果: https://codepen.io/Lionad/pen/dyvvapV

[26]处理完之后结果如下: https://codepen.io/Lionad/pen/jOBBdwg

[27]fold-mark: #fn-fold-mark

[28]occlusion-shadow: #fn-occlusion-shadow

[29]可以到 Codepen 查看最终效果: https://codepen.io/Lionad/pen/XWMMNKK

[30]turn.js: http://www.turnjs.com/#getting-started

[31]turnjs: #fn-turnjs

[32]博客项目: https://github.com/Lionad-Morotar/blogs

[33]线上博客逛逛: www.lionad.art