图形学--shading着色

概念：对不同物体应用不同材质

llumination

shading着色

Blinn-Phong reflectance model

Diffuse Reflection 漫反射

光打到了shading point上然后光线四面八方均匀散射

光源会根据光源传播的距离进行一定的能量衰减

按球的表面积来算，吸收的能量和光的角度有关系

max(0,n`1)是因为当它是负数的时候就没有物理意义了

漫反射和观察的视角完全没有关系！

Specular Term 高光

观察的方向和镜面反射（v和R)接近的时候可以看到高光（死去的物理突然开始攻击我

好聪明啊，直接拿半程向量是否接近法线来算，简化了计算

为啥有个指数p呢↑↓缩小高光范围！（一般这个指数是100~200）

上图中ks是亮度

Ambient Term 环境光

假设任何一个点接收到的来自环境的光永远相同

所有的光合起来↓：

环境光（常数颜色）

漫反射光（和观测角度无关，和光照和法线角度有关）

高光

着色频率 Shading Frequencies

flat shading

对面

Gouraud shading

对顶点

Phong shading

对每一个像素

Per-Vertex normal Vectors 逐顶点法线

Per-Pixel Normal Vectors 逐像素法线

***记得归一化！把法线变成单位向量！

Graphics Pipeline 实时渲染管线

Vertex Processing

MVP变换

Rasterization

Fragment Processing

Shader Programs着色器

定义顶点/像素/片段进行操作

推荐网站：shadertoy

Shadertoy BETA

Texture Mapping 纹理映射

三维物体的表面（Surfaces）是2D的！

把三维空间中，实际上是二维的物体表面贴上一张图

纹理坐标系（u,v）

一般默认u和v的范围都是0~1

纹理也可以在一个场景里多次重复使用！

Interpolation 插值

一般的计算都是在三角形顶点上，而插值决定了点与点之间的平滑过渡

Barycentric coordinates 重心坐标

三角形平面内任何一个点都可以理解为ABC三个坐标的线性组合

注意 ，在三角形内α，β和γ满足>=0，如果α+β+γ=1只能说这个点跟这个三角形同平面

e.g A的重心坐标是（1，0，0）

α，β和γ也可以通过面积求出

重心把三角形分成了等面积的三个三角形

有种梦回高中的感觉

要在投影前做插值！！！！！因为投影后坐标可能会变！如果已经三维了那么请使用逆变换

Texture queries

Diffuse Color

Point sampling texture 问题

Texture Magnification 纹理放大

纹理上的像素 --texel（纹理元素，纹素）

解决方法：找到非整数坐标的值

Bilinear Interpolation 双线性插值

之前刚好写了篇博客讲怎么算的（感觉其实图形学和cv之间还挺多交集的）双线性插值以及计算_Scabbards_的博客-CSDN博客

这里2d的是取临近周围四个

Application of textures

Bicubic取临近周围十六个

纹理缩小

思路1：走样虽然可以用很多采样点解决，但是计算量太大了

思路2：避免采样

Point Query 点查询vs Range Query 范围查询

Mipmap 多级贴图

用于在近似的范围内做范围查询

先把纹理在渲染之前处理一遍

mipmap 在cv里面叫image pyramid

这些层加起来也只是原存储量的4/3

mipmap原理：放大后的像素可以在相同大小的mipmap上面查询那个位置的平均值，在log2L层上面查询

可视化↓

解决层数之间区别的方法：插值

Trilinear Interpolation 三线性插值

两个双线性插值后面再将两次结果做一次双线性插值

ambient terms

缺点：overblur（过于模糊）

Anisotropic Filtering 各向异性过滤

可以查询原始图像的矩形区域而非限定在正方形区域

对于上图中斜着的也有过滤方法：

EWA

拆成很多圆形去覆盖不规则形状

 环境贴图 Environmental map

假设是无限远的

spherical environment map：把环境光记录在球面上

也可以记录在立方体上

在不把集合形体变复杂的情况下应用纹理形成凹凸不平的效果（作假的法线）

 法线贴图/凹凸贴图 Bump Mapping

Displacement mapping 位移贴图

直接改变三角形顶点的位置