GAMES101-着色

Blinn-Phong Reflectance Model 光照模型 着色模型

着色（光照与基本着色模型）

着色和阴影无关

Shading：The process of applying a material to an object.

Blinn-Phong Reflectance Model 光照模型 着色模型

• Diffuse

  • Lambertian (Diffuse) Shading

    • 几个变量：k_d, r, n, l
    • 光线的反射和我们的观察角度并没有任何关系。所以我们现在先考虑一种最简单的情况：入射光以及入射角度，那么入射角度与表面法线的夹角越小，就意味着反射越强：

  • 和view的方向无关

  $L_{d}=k_{d}\left(I / r^{2}\right) \max (0, \mathbf{n} \cdot \mathbf{l})$

• Specular

  • V close to mirror direction → half vector near normal

- 几个变量：k_s, r, l, v, n, p - p一般100～200，控制高光大小

• Ambient

  • 是假的

  $L_{a}=k_{a} I_{a}$

  • 提升亮度
  • 真的：全局光照（GI）十分复杂

合起来：

$\begin{aligned} L &=L_{a}+L_{d}+L_{s} \\ &=k_{a} I_{a}+k_{d}\left(I / r^{2}\right) \max (0, \mathbf{n} \cdot \mathbf{l})+k_{s}\left(I / r^{2}\right) \max (0, \mathbf{n} \cdot \mathbf{h})^{p} \end{aligned}$

• h是半程向量

Shading is Local：对某个点进行计算，局部，只看自己，不管其他物体的存在

光的能量密度的 平方反比定律

• 点离光源的radiance

点离观察点的距离无关

镜面反射

左图：指数p是为了进一步缩小高光范围所提供的的参数，通常取值大于100

右图：不同光照强度和p的取值对高光效果的影响

环境光照

叠加效果

着色频率

Flat Shading（平面着色）

以三角面为单位进行着色，对于光滑的几何体效果很差

Gouraud Shading（高洛德着色）

以顶点为单位进行着色，通过插值计算，实现点与点之间颜色的平滑过渡

Phone Shading（冯氏着色）

以片元为单位进行着色，对每个点计算一次光照，点的法向量是通过顶点法向量插值得到的，冯氏着色最接近现实，可以在减少三角面数的情况下达到相同的效果（插值后法向量会光滑变化），当然，性能开销也非常大

图形管线（实时渲染管线）

从MVP变换将几何空间的顶点变换到屏幕上（Vertex processing），然后连线出三角形（Triangle processing），再通过光栅化（Rasterization）找到被几何体包住的像素点，即把这个三角形离散成为一堆像素点，有了像素点之后我们再通过深度测试和抗锯齿，给像素点渲染好对应的颜色。

顶点处理 -> 三角形处理 -> 光栅化 -> 片元处理 -> 逐片元操作

其中，Vertex和Fragment阶段是可编程的

由于翻译问题，具体可以参考《unity shader入门精要》p9 内容

GPUs： 可并行的图形管线处理器

当下的图形实时处理技术可以实时的处理200-400万面的复杂场景数据，并以30-60的帧率动态处理（VR的帧率会更加夸张）