入门图形学：平直着色和平滑着色

真是在老家关得有点郁闷了，不晓得这疫情什么时候结束。虽然我个人非常喜欢放假，因为有更多时间学习、玩游戏和搞自己的事情。不过这次疫情时间掐得太准了，刚好是放年假回老家拜年的时间，直接把我关在老家四十天，手上除了一台低配笔记本外什么都没有，每天最多的事情就是看下pdf和电影（笔记本屏幕又小、独显也没有、cpu也不行、项目也跑不动、游戏也不能玩）。

不过最近发现一个好玩的建模利器blender，支持桌面全平台，运行配置要求也低（当然不包括使用cycles渲染器），同时安装包体积小（只有不到100mb），功能强大，开源且免费，我学了一周，感觉这个软件很完美，很多指标比3dmax/maya更好一些（特别是在商业权益方面），我是马上就喜欢上了blender，顺便想安利一下。

在blender和unity协作之间，涉及了fbx导出导入的问题（当然所有建模软件都要经历这个问题）。

在blender中渲染有两个关键参数：平直着色和光滑着色。

先看看wiki上的解释：着色方式

平直着色核心：假设组成网格的三角面都是平面，且同一个三角面上任意一个法向量都相同。先在每个三角面上挑选一个点计算颜色（通常是三角面拓扑关系的第一个顶点，也可以选择几何中心），则三角面上其余顶点直接赋予该顶点颜色。所以，使用平直着色法的每个三角面都是统一的颜色，和最近邻差值效果类似。

这也好理解，网格是由顶点和面构成的，而光照计算很重要的参数就是顶点法向量和顶点朝光源向量。所以平直着色造成光照渲染效果如下：

一种low polygen的风格，这里抬杠一下：我直接曲面细分无数次再球形化，达到纯球效果，我pc四路rtx2080ti。

反正我的笔记本是卡爆了，而且这种细分做法，已经在gpu动态曲面细分中实现了，没必再经过cpu内存中提交到gpu。

光滑着色核心：得到网格三角面的每个顶点法向量，用光照模型计算每个顶点的光照颜色，然后使用线性插值处理得到三角面上每个像素的颜色，所以得到平滑渐变效果。

blender的光滑着色效果。

右边看得出来顶点数量没有增加。

同时unity中默认着色也是平滑着色。

这里做个测试，blender分别用光滑着色和平直着色导出两个sphere到unity使用默认渲染：

看得出来blender中设置平直和光滑着色直接影响到unity中渲染效果，哪怕使用的同样的shader。

当然我们之前写了很多次shader渲染效果，知道unity渲染管线的默认着色方式是平滑着色，所以一个三角面的包含的片段颜色，是由顶点颜色线性插值出来的。

而平直着色，我目前使用两种方式达到效果：

1.通过geometry shader，将每个三角面单独提取出来进行单顶点光照取色，将三角面渲染成单一颜色，这种增加了geometry函数计算，当然渲染效率会降低。

2.在cpu几何阶段将网格三角面“断裂分离”，我们知道光滑着色就是顶点之间光照颜色插值，那么我们“断裂”三角面之间的顶点，则“阻断”了这种插值处理过程，“模拟”出平直着色效果。不过这种运行效率更低，因为几何数据增加了，例如blender导出的sphere，平直着色的几何数据明显增加很多。

最后如果我们继续深入学习图形学，直到能写自己的渲染管线，那么我们可以定制渲染管线，直接从最底层入手，写一套“新”的渲染管线，直接剔除光照颜色插值过程，修改逐顶点计算成只计算三角面第一个顶点光照等等，这样的话我们不仅达到了平直着色的效果，而且优化了gpu运行效率。

btw，如果你玩一些很老的游戏，会发现“古老”的渲染管线是没有光滑着色，都是平直着色，因为历史硬件环境原因，所以说平直着色渲染管线相反还是“老前辈”，我们使用平直效果算是“真复古”了。

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