Lecture07_着色 1（光照、着色和图形管线）_GAMES101 课堂笔记

     今日学习内容概览：

第一部分：光栅化

一、画家算法（Painter’s Algorithm）

画家算法的操作是从远至进一层一层画，最终将画像完整。
但是，缺点是如果画像没有很明显的逻辑层次，画家算法将不适用。例如下图：

为了解决这个矛盾，于是进行改进发明了 ”Z-Buffer“ 算法。

二、Z-Buffer算法

（一）定义

（二）操作步骤

简单来说，步骤：

1. 通过离相机最近的一点进行深度插值，知道每一个三角形的深度值。
2. 利用for循环，计算每个采样点的深度值。（注：不是对每一个像素求Z-Buffer，是对每一个采样点。）
3. 一个一个采样点的深度值叠加进行光栅化，只保留当前最小值（最近才可以被看见，远了就被挡住，因此被近的覆盖。）

效果图：

由于需要对采样点进行挨个比较，但是只保留最小值，因此其时间复杂度为\(O(n)\)。并且至于采样点（三角形）叠加的顺序并不会影响光栅化效果（因为只保留最小值）。

第二部分：着色（Shading）

目前我们涉及的采样过程：

但是为了一个物体变得更加真实一些，还需要对其进行着色（shading）.

一、着色（Shading）

(一) 定义

英文词典解释：通过变暗或变亮对其进行着色。

图形学概念：物体应用不同的材质表现着色过程。

（二）应用举例

• 高光（Specular highlights）:亮度极高，在镜面反射附近方向反射。

• 漫反射（Diffuse reflection）：亮度有变化，光线会反射到四面八方。

• 环境光照（Ambient lighting）：

  这属于间接光照，如下图第3个箭头所示，其实点光源并不会射到环境光照所指的位置。

  但是由于光源发出的光线到其他物体表面（例如墙壁、桌面），这些表面的漫反射光线会映射到该位置（通俗理解：可看见其他物体的影子。）

（三）着色是局部的

对相关的光照方向等参数定义：

由于着色不考虑其他物体影响，因此没有阴影生成，即着色 ≠ 阴影。例如下图，只考虑着色的情况：

二、漫反射（Diffuse Reflection）

漫反射到每个方向上是均匀的：

计算被吸收的能量：

光线发射：

光线传播距离越远，光能量越少。能量与距离平方成反比。计算公式：

漫反射计算公式：