Specular Term(高光项)

继续上节课的内容，上节课讲完了漫反射部分，这节课从高光部分开始讲。

当观察方向和镜面反射的方向接近的时候可以看到高光，其它的时候都看不到。

也就是下图中$\vec{v}$和$\vec{R}$足够接近的时候：

当观测方向$\vec{v}$和反射方向$\vec{R}$足够接近的时候，就等价于法线方向$\vec{n}$和半程向量$\vec{h}$足够接近。

如下图所示：

因此，高光部分的亮度就可以得到计算公式了：

其中，$k_s$是镜面反射系数，通常认为它是白的颜色。

之所以使用$\vec{n}$和$\vec{h}$来计算夹角，是因为半程向量$\vec{h}$非常好算。

上图中的指数$p$是为了降低容忍，因为高光通常是一个非常小的部分，如果不加这个指数$p$会导致当夹角较大的时候仍然可以看到一个比较亮的高光，这是错误的。

在Blinn-Phong模型中，$p$通常取值为$100$ ~ $200$。

Ambient Term(环境光照项)

我们大胆假设环境中任何一点接收到的环境光强度都是一样的$I_a$，并且具有一个环境光系数$k_a$。

环境光强度为$L_a=k_a{I}_a$，这是一个常数。

这是错误的，如果要求出真实的环境光，需要应用到全局光照等知识，暂且不表。

Blinn-Phong Reflection Model

现在把漫反射、环境光、高光三个部分全都加起来，就得到了Blinn-Phong反射模型：

Shading Frequencies(着色频率)

着色频率是什么？
下图中的三个球完全相同，但是着色的结果各不相同。
第一个球是对每一个平面进行一次着色，计算这个平面的法线，然后计算着色。
第二个球是针对每个顶点计算一个法线，然后做一次着色，三个顶点内部三角形的颜色通过插值计算出颜色。
第三个球是针对每个像素做一次着色，针对每个三角形，利用其三个顶点的法向计算出三角形内部每个像素的法向，然后做一次着色。

Shade each triangle(flat shading)在每个三角形上进行着色

算出这个三角形平面的法线，然后进行着色，在三角形内部是完全一致的。

Shade each vertex (Gouraud shading)(顶点着色)

针对每个顶点计算一个法线，然后进行着色；在每个三角形内部，通过插值的方法计算出每个像素的着色。

Shade each pixel (Phong shading)

针对每个三角形，利用其三个顶点的法向计算出三角形内部每个像素的法向，然后做一次着色。

Defining Per-Vertex Normal Vectors(定义每个顶点的法向量)

通过许多三角形面来推断出这个点的法向量：

相邻的面的法线求平均：

Defining Per-Pixel Normal Vectors(定义每个像素的法向量)

利用各个顶点的重心坐标插值进行计算：

Graphics (Real-time Rendering) Pipeline 图形(实时渲染)管线

如何从场景到一张图，这中间到底经历了什么样的过程？

1. 首先，输入三维空间中的许多点
2. 经过一系列变换，将三维空间中的点投影到屏幕空间中。
3. 将这些屏幕空间中的点按照原来的三角形关系继续连接成为三角形。
4. 进行光栅化，将三角形离散成为屏幕中的fregments。
5. 对每个fragments进行着色。
6. 帧缓冲操作，得到每个像素的颜色，最终输出结果。(例如：如果利用了MSAA算法，需要将许多个fragments拼接成一个像素)。

Vertex Processing(顶点处理)

MVP变换，Model, View, Projection transforms

Rasterization(光栅化)

Fragment Processing(片元处理)

例如深度缓冲处理

着色处理：

纹理映射：

Texture Mapping(纹理映射)

任何一个三维物体的表面都是二维的：

物体表面任何一个点和纹理上的点是一一对应的，这就是纹理映射。

每一个三角形顶点都被指定了一个纹理坐标$(u,v)$。

参考资源

GAMES101 Lecture08