Blinn-Phong 模型

高光

接近镜面反射，即当观察方向与镜面反射方向接近时可以看到高光。

当观察方向接近镜面反射方向接近时，半程向量方向与法线方向接近。

半程向量

\vec{h} = bisector(\vec{v},\vec{l}) \\ = \frac{\vec{v}+\vec{l}}{||\vec{v} +\vec{l}||}

L_s = k_s(I/r^2)max(0, cos\alpha)^p \\ = k_s(I/r^2)max(0, \vec{n}\cdot\vec{h})^p

k_s：高光系数，一般为白色

指数的作用

当半程向量与法线离的稍微远一点，即不再是高光点

指数一般用 100～200

环境光

认为任何一个点接收到环境光的强度都是相同的，不与光源有关系，不与观测方向有关系。

环境光被认为是常数。

L_a = k_aI_a

k_a：环境光系数

总结

L = L_a + L_d + L_s \\ = k_aI_a+k_a(I/r^2)max(0,\vec{n}\cdot\vec{l})+k_s(I/r^2)max(0,\vec{n}\cdot\vec{h})^p

Shading Frequencies

从左到右：着色应用于一个平面，着色应用于每个顶点，着色应用于每个像素。

Flat shading

每个三角形面有一个法线向量，通过叉积计算得到

缺点：表面不平滑

Gouraud shading

三角形每个顶点有一个法线向量，每个顶点进行一次着色

Phong shading

三角形每个顶点有一个法线向量，三角形内部每个像素根据插值得到一个法线向量

顶点数的影响

理论上 Phong shading 表现最好，复杂度最高，但实际上模型越复杂，一个三角形覆盖不了一个像素时，情况可能会变得不一样。

计算每个顶点的法线

对顶点周围每个面的法线向量求平均（或加权平均）

\vec{N_v}=\frac{\sum_i\vec{N_i}}{||\sum_i\vec{N_i}||}

计算逐像素法线向量

需要重心插值的知识，后续补充

注意：法线向量只表示方向，为单位向量

Graphics(Real-time Rendering) Pipeline

概述

shading 操作发生在 Vertex Processing 和 Fragment Processing 两个阶段，对应于顶点着色和像素着色。

Shader Programs

每个 vertex 和 fragment 都会执行一次，不用写 for 循环；
对于 fragment shader(pixel shader)，需要实现如何计算每个像素的颜色，并且输出。

GLSL fragment shader 程序的例子

uniform sampler2D myTexture;
uniform vec3 lightDir;  // 光照方向
varying vec2 uv;
varying vec3 norm;      // 法线

void diffuseShader()
{
	vec3 kd;
	kd = texture2d(myTexure, uv); // 漫发射系数
	kd *= clamp(dot(-lightDir, norm), 0.0, 1.0);
	gl_FragColor = vec4(kd, 1.0);
}