GAMES101 Lecture 08 Shading 2 (Shading, Pipeline and Texture Mapping)

合集 - GAMES101学习笔记(8)

1.GAMES101 Lecture 03 & Lecture 04 Transform2024-03-242.GAMES101 Lecture 05 Rasterization 1(Triangles)2024-03-243.GAMES101 Lecture 06 Rasterization 2 (Antialiasing and Z-Buffering)2024-03-244.GAMES101 Lecture 07 Shading 1 (Illumination, Shading and Graphic Pipeline)2024-03-24

5.GAMES101 Lecture 08 Shading 2 (Shading, Pipeline and Texture Mapping)2024-03-24

6.GAMES101 Lecture 09 Shading 3 (Texture Mapping cont2024-03-247.GAMES101 Lecture 10 Geometry 1 (Introduction)2024-03-248.GAMES101 Lecture 11 Geometry 2 (Curves and Surfaces)2024-03-24

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Lecture 08 Shading 2 (Shading, Pipeline and Texture Mapping)

Shading frequencies

P1每个面着色一次

P2每个顶点着色一次，每个三角面内插值

P3每个像素着色一次

Flat Shading (逐三角形)

• 每个三角面是一个平面，只有一个法线
• 在光滑表面效果不好

Gouraud shading （逐顶点）

• 每个顶点着色，三角形内部通过插值着色
• 每个顶点都有法线

怎样获取顶点法线

点法线等于面法线求平均（简单平均或加权平均）

Phong shading （逐像素）

• 求出三角形三个顶点各自的法线，内部每个像素插值出一个特定的法线方向，对每个像素进行一次着色
• 不是Blinn-Phong反射模型，这里是Phong着色频率（都是Phong发明的）

如何获得像素法线

通过两个顶点插值出中间的法线（用重心坐标）

三种着色器频率对比

• 相同顶点下，着色频率越高，结果越好

• 当模型足够复杂时，着色频率越高，效果提升不一定明显

怎么获得点所相连的三角形？

在模型定义中

Graphics pipeline 图形管线

这里只指实时渲染管线

这些操作是在硬件里(GPU)写好的

在Vertex Processing和Fragment Processing都可以进行着色，取决于采用Gouraud Shading还是Phong Shading（Vertex Shader/Pixel Shader）

控制如何着色的代码叫做shader

Shader Programs

以GLSL为例

Shader对每个顶点或每个像素都会执行，只需要管每个顶点或像素的操作

对顶点的操作叫Vertex Shader

对像素的操作叫Pixel SHader或Fragment Shader

uniform sampler2D myTexture;	//program parameter
uniform vec3 lightDir;			//program parameter
varying vec2 uv;				//per fragment value (interp. by rasterizer)
varying vec3 norm;				////per fragment value (interp. by rasterizer)

void diffuseShader()
{
	vec3 kd;
	kd = texture2d(myTexture, uv);					//material color from texture
	kd *= clamp(dot(-lightDir, norm), 0.0, 1.0);	//Lambertian shading model
	gl_FragColor = vec4(kd, 1.0);					//output fragment color
}

还有如Geometry Shader、Compute Shader等的Shader

Texture Mapping 纹理映射

$L_d=k_d\ast (I/r^2)\ast (n\cdot I)$

物体不同位置有不同属性，比如可以用纹理记录不同点的漫反射系数

表面是二维的

三维空间的物体，表面是二维的

将纹理应用在表面上

有两种方法

• 将模型展开，放在纹理的不同位置，由美术完成
• 参数化，是几何上的研究方向

纹理上的坐标系

无论纹理分辨率为多大，我们都认为$uv$坐标为从0到1