着色 ​

在图形学中什么是着色？

对不同的物体应用不同的材质的这么一个过程。

Blinn-Phong反射模型 ​

• 它是一个经验模型，并不完全符合真实世界中的光照现象，但由于实现起来简单方便，并且计算速度和得到的效果都还不错，因此在早期被广泛的使用。

高光

漫反射：如墙体

环境照明

如何定义材质 ​

需要先定义：

v 观测方向（单位向量）

n 法线（单位向量）

l 光照方向（单位向量）

物体表面参数（颜色、光泽度...）

着色只考虑物体的局部性。（不考虑物体阴影 shading ≠ shadow）

漫反射 ​

当光线到达物体表面的某一个点时，会被均匀的反射到各个方向上去。

单位面积物体漫反射接受的能量收什么影响？

它遵循兰伯特余弦定律。

兰伯特余弦定律光照方向与法线方向它们之间的夹角的余弦成正比。

能量的衰减

漫反射的计算

受物体表面颜色对能量的吸收情况影响

受能量传播距离衰减情况影响

受光照方向与法线方向它们之间的夹角大小影响。

高光 ​

• 物体反射方向接近于镜面的反射的方向。
• 观察的方向接近于镜面的反射方向时可以看到高光。

有一个更聪明的做法 Specular Term (Blinn-Phong)

半程向量 比 反射向量 更好计算。

镜面反射项 Specular Term (Blinn-Phong) 半程向量：光线方向与观察方向夹角一半方向上的一个单位向量（v 于 l 中间的单位向量）。

当观察方向 与 镜面反射方向接近时（v与l），法线方向 与 半程方向接近（n与h）。

受镜面反射系数影响。

受能量传播距离衰减情况影响。

p 余弦指数。（在夹角余弦添加一个系数（100-200），用于控制高光点的大小）

示例

环境光 ​

• 假设物体接受的来自四面八方的环境光都时相同的。
• 假设它是一个常数。
• 实际环境光是非常复杂的。

Ka 环境系数。

Ia 环境光的强度。

Blinn-Phong反射模型的组成 ​

Blinn-Phong反射模型 = 环境光+漫反射+高光 （简化模型）

着色频率 ​

基于三角面着色（flat shading）

计算三角面的法线，然后对三角面进行着色。

基于顶点着色（Gouraud shading）

计算三角形每个顶点的法线，对每个顶点做一次着色。

每个顶个对应的三角形，三角形内部的颜色通过插值的方式计算。

基于像素点着色（Phong shading）

计算三角形每个顶点的法线，在三角形内部每个像素插值处法线方向。

再对每个像素进行一次着色。

着色方式的选择与模型本身的面、顶点、像素有关。 这里每一行的模型一样，每一列的着色方式一样。

当模型本身的频率足够高时，就看选择（flat shading）。

根据模型情况也可选择（Gouraud shading）。

（Phong shading）着色往往是开销最大，但最精细。

顶点法线 ​

顶点相邻面的法线求平均，得到顶点法线。

由于顶点对应的面大小不一，对相邻面面积大小加权到法线，再求平均效果更好。

像素法线 ​

根据顶点法线，插值出每个像素的法线（重心坐标）。