As duas coisas que te dão todas as respostas
A posição da fonte de luz e a forma do objeto. Só isso. Quando você sabe de onde vem a luz e qual é a forma, o sombreamento quase se decide sozinho. Todas as regras abaixo vêm dessas duas.
Estas são as regras do meu guia de sombreamento:
- Defina a fonte de luz.
- Siga a forma.
- Os tons ficam mais finos perto do terminador.
- Os tons do contorno ficam coerentes com a fonte de luz.
- Para a iluminação: luz rebatida perto da superfície onde o objeto está apoiado.
Passo 1: Cor chapada

Comece com a forma e uma cor chapada. Sem sombreamento, sem brilho. Se a forma estiver certa neste ponto, todo o resto vai ser fácil e tranquilo.
Passo 2: Sombreamento

A luz vem de cima à esquerda, então a sombra fica embaixo à direita. Desenhe a borda da sombra como uma curva suave, com as mesmas regras de qualquer curva: os trechos mudam um ou dois pixels de cada vez. Preencha com o vermelho mais escuro.
Depois vem o terminador: a última faixa de sombra logo antes de começar o lado iluminado. É o vermelho mais escuro, e é fino. Na vida real o terminador também é bem fino. Essa é a regra "as sombras ficam mais finas perto do terminador", e é ela que faz a bola parecer redonda em vez de cortada ao meio.
Passo 3: Luz

Agora o contorno preto sai. Cada parte dele pega a cor da superfície que toca: vermelho ao lado da parte iluminada, a cor do terminador ao lado do terminador, a cor da sombra ao lado da sombra. Depois, um pequeno brilho com a cor mais clara no canto superior esquerdo, onde a luz bate primeiro. Poucos pixels bastam.
Faça a sombra a partir da luz, não a partir do contorno. Se você coloca a cor escura em toda a borda e a luz no meio, sai um pillow shading, e a bola fica chapada e inchada.
As mesmas regras em mais quatro formas
Todo objeto de um jogo é feito de formas simples, então quando você souber sombrear essas, vai conseguir sombrear qualquer coisa. Cada linha passa por cor, sombreamento, luz e, no fim, um asset de verdade feito sobre aquela forma.
Cubo

Luz vindo da esquerda e um pouco de cima. A face esquerda é a mais clara, o topo tem o tom principal, a face direita é a mais escura. O contorno na borda iluminada fica quase branco. A borda de trás do topo é um pouco mais escura que o topo, porque fica atrás e pega menos luz.
Cilindro

Luz vindo do canto superior esquerdo. O topo é o mais claro, o lado direito fica com a sombra, e uma faixa estreita de brilho desce pelo lado esquerdo, onde a curva está virada para a luz. A borda de trás do topo é um pouco mais escura que a da frente.
Pirâmide

Faces planas, então é simples: a face esquerda é iluminada, a face direita fica na sombra. O contorno do lado escuro fica ainda mais escuro que a face, e do lado iluminado um pouco mais claro.
Cone

Um cone é redondo, então um lado nunca é todo escuro ou todo claro. Vá por faixas: sombra à direita, o tom principal no meio, uma faixa mais clara e, por fim, a faixa mais clara de todas bem à esquerda.
Tente você mesmo
Termine a esfera acima, depois aperte Draw your own e sombreie a sua própria bola do zero. A verificação olha a sua luz e as suas linhas, não o meu desenho. Depois disso, tente um cubo com a luz vindo do canto superior direito. Mesmas regras, espelhadas.