GAMES101 lecture07 Shading1 着色1 (Illumination, Shading and Graphics Pipeline)光照与基本着色模型

GAMES101 lecture07主要讲解了着色（Shading）相关概念，包括光照与基本着色模型（Blinn-Phong反射模型），并介绍了图形管线（Graphics Pipeline）中与着色相关的部分。具体内容如下：图形管线概述图形管线包括模型视图投影（MVP）、视口（viewport）变换和光栅化（rasterization）等步骤。MVP变换将物体从模型空间转换到裁剪空间，再通过视口变换映射到屏幕空间，最后进行光栅化生成像素。着色（Shading）的定义与目的韦氏词典定义：用平行线或色块使插图或图表变暗或着色（尤指绘画方面）。课程定义：将材质应用于对象的过程，或对不同物体应用不同材质的过程。不同材质与光线相互作用的方式不同，着色与材质紧密相关。目的：模拟真实世界中物体在不同光照下颜色变化的效果，使渲染结果更加真实。Blinn-Phong反射模型模型组成：包括镜面反射（Specular Reflection）、漫反射（Diffuse Reflection）和环境光照（Ambient Lighting）三部分。暗部光照：暗部由间接光照照亮，模型假设来自四面八方的环境反射光为常量，以简化计算。着色点计算：计算特定着色点反射到摄像机的光，假设着色点为极小平面，定义观测方向（v）、法线（n）、光照方向（l）三个单位向量，以及表面参数（颜色、光泽度shininess）。局部性：着色仅考虑局部情况，即任何一个点的着色情况只取决于它自身的光照和观测方向，不考虑阴影生成等其他因素。漫反射（Diffuse Reflection）影响因素：物体表面法线（n）和光线来源方向（l）的夹角θ决定了物体表面单位面积内接收到的能量，遵循朗伯余弦定律。能量衰减：单位面积接受到的能量随着距离成平方反比。公式相关参数：Ld：漫反射光。kd：漫反射系数，用rgb向量表示，控制漫反射的强度和颜色，kd越大越亮。I/r2：到达shading point的能量，其中I是光源强度，r是光源到着色点的距离。max(0, n·l)：表示有多少能量会被吸收。当余弦为负数，即光从背面照射（此时不是反射）时，取0。特性：完全漫反射朝周围均匀分布，与观察方向无关。漫反射公式公式表达：$L_d = k_d cdot frac{I}{r^2} cdot max(0, mathbf{n} cdot mathbf{l})$，该公式综合考虑了漫反射系数、光源强度、距离衰减以及光线吸收等因素。