【计算机图形学】着色简介

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前言
光照模型
纹理

前言

来源：GAMES101-现代计算机图形学入门-闫令琪

这里简单记录下。

我不知道这个理解对不对。着色(shading)可以分为两部分：光照模型+纹理映射。即：输入三维点，这些点有它们原有的颜色，它们它们撑起一个模型；这些点使用相同的光照模型，从而有亮暗之间的区别；但是不同材质的物体表面，光照模型的系数应当有所区别，所以引入纹理，在保持亮暗的情况下，调整不同位置的漫反射情况。

那么在什么位置进行着色，如何着色呢？我暂时不知道，可以参考：opengl 三角形中顶点着色器，几何着色器，片段着色器的位置。

光照模型

光照模型包含三部分：镜面反射+漫反射+环境光照。它们的计算公式如下。

（1）环境光照：La=ka∗IaL_a = k_a * I_aLa=ka∗Ia。

其中，kak_aka为物体表面对环境光的反射率，则IaI_aIa为环境光的强度。反射率越高，最终人眼接收到的环境光强度LaL_aLa就会越大。

如果只有环境光模型，那么最终物体表面的颜色只是个统一的值，没有深度的变化。

（2）漫反射：kd∗(I/r2)∗max(0,n⋅l)k_d * (I/r^2) * max(0,\boldsymbol{n \cdot l})kd∗(I/r2)∗max(0,n⋅l) 。

其中，(I/r2)(I/r^2)(I/r2) 中rrr 表示光源与点之间的距离。距离越远，光越弱；n⋅l\boldsymbol{n \cdot l}n⋅l 表示光线与当前点法线值的余弦值，角度越大，光越弱；

（3）镜面反射：ks∗(I/r2)∗max(0,n⋅h)pk_s * (I/r^2) * max(0,\boldsymbol{n \cdot h})^pks∗(I/r2)∗max(0,n⋅h)p 。

根据入射光线和法线向量，可以得到反射光想的方向，根据反射光线的方向与视角方向的夹角计算人眼接收到光线的强度，这种高光模型称为phong模型。blinn对该模型进行了改进，根据光线方向和视角方向引入了半程向量，如下图所示，半程向量与法线向量的夹角的cos就间接表示了视角和反射光线的夹角的余弦值。加上一个指数p，就是让角度稍大，光线强度急速下降。

（4）上面三步是在一个点上应用光照模型。如何将光照模型应用到整个物体上呢？Flat、Gouraud、Phong Shading 着色方法对比 |[计算机图形学基础] 三种光照着色技术 Flat / Gouraud / Phong

Flat shading 是最简单的着色模型，每个多边形只会呈现一个颜色，这个颜色由面法向量和光照计算得来。在该模型中，每个多边形中只有多边形的面存在法向量，而其各个顶点没有。

Phong shading 是三者之中最复杂的着色方法。它的特点是结合了多边形物体表面反射光的亮度，并以特定位置的表面法线作为像素参考值，以插值方式来估计其他位置像素的色值。在这种情况下，多边形中每个顶点都有一个法向量，通过这些法向量与光照计算，来得到每个点的颜色。在使用有限数量的多边形时，对定点法向量进行插值可以给出近似平滑的曲面效果，但是这样一来的计算量肯定是非常大的。

Gouraud shading 是三者中比较折衷的方法。类似 Phong shading，其多边形的每个顶点都有一个法向量，但它在着色时不是对向量进行插值。实际使用时，通常先计算多边形每个顶点的光照，再通过双线性插值计算三角形区域中其它像素的颜色。

纹理

把纹理信息作为漫反射系数kdk_dkd。

难点在于，如何建立图形和纹理之间的映射关系。

可参考：GAMES101-现代计算机图形学入门-闫令琪-p9 、8、计算机图形学——纹理的相关问题及解决办法