可见性/遮挡

画家算法

• 画家算法：首先将场景中的多边形根据深度进行排序，然后按照深度从大到小顺序进行描绘。
• 复杂度：O(nlogn)
• 弊端：不能解决有遮挡的物体，或者说不能解决深度不好确定的物体。

z-buffing（深度缓存算法）

• 假设：离摄像头越近，z 值越小；离摄像头越远，z 值越大。
• 深度缓存：
  • frame buffer（帧缓冲器）：存储每个像素的颜色/光强
  • depth buffer（深度缓冲器）：存储每个像素深度值-z坐标

• 算法：z 小的像素的颜色值会覆盖 z 大的像素的颜色值。

  

• 复杂度：nO(n)

• 优点：自动处理物体间的遮挡关系，简化了图形渲染的逻辑。

• 弊端：depth buffer 带来内存消耗；不能处理透明化的物体。

着色

照明&着色

shading（着色）：对于不同的物体应用不同的材质。

Blinn-Phong 反射模型

Phone 反射模型：三种光（镜面高光 Specular + 漫反射光 Diffuse + 环境光 Ambient）的相互作用。

• v：观测方向
• n：法线方向
• l：光方向
• 表面参数：颜色、亮度

镜面高光

镜面高光：物体完全反射光源照射到表面的光照到人眼（即镜面反射）。

• Phong模型： 当镜面反射方向 $R$ 与观测方向 $v$ 接近的时候，我们才可以看的到高光。

• Blinn-Phong模型：$R$ 与 $v$ 的接近程度实际上约为该平面法向量 $n$ 与半程向量 $h$ 的接近程度。

• $k_s$：镜面反射系数，通常认为是白色，即 $k_s$=1
• 指数 $p$：控制高光的大小

漫反射光

漫反射光：物体朝着任意方向反射相同亮度的光照到人眼。

1. 兰伯特余弦定理：单位面积的光与 $cos\theta = n \cdot l$ 成正比。

2. 光的强度：点光源的光强度为 $I$，距离为 $r$ 的点的光强度为 $I/r^2$。

3. 某点 $d$ 上，有多少漫反射光可以被接收？

$L_d = k_d(I/r^2) max(0, n \cdot l)$

• $k_d$：扩散系数，例如该点的颜色所带来的光吸收程度

• $(I/r^2)$：到达这个点的能量

• $max(0, n \cdot l)$：被这个点吸收的能量

漫反射到某个点上，在任何方向观测，亮度都是一样的，这是因为漫反射光和观测方向无关（公式中也可以看得出这一点，与 $v$ 无关）。

环境光

环境光：物体表面完全背对光源，但其它物体反射光照射到该物体表面上，再通过该物体反射到人眼。

• 近似的定义： 环境光是一个常数，添加恒定的颜色来解释忽略的照明和填充黑色阴影。