Interactive 3D Graphics-Lesson3 Notes

公开课的一些笔记。

三种着色方式

flat shading: 三角形的顶点没有法向量，三角形整个面才有法向量，打光时整个三角形只呈现一种颜色。
Gouraud shading: 三角形的顶点都有各自的法向量，打光时三个顶点有各自的颜色，接着做双线性内插 (bilinear interpolation)来求得颜色，使整个三角形有渐层的颜色变化。
Phong shading: 三角形的顶点都有各自的法向量，先对三角形整个面作法向量的双线性内插，接着打光来求整个三角形的颜色。

示意图：

各自的复杂度：

flat shading的复杂度：N * L
Gouraud shading: 的复杂度：N * (3 * L + b * A)
Phong shading的复杂度：(B + L) * N * A
数学好的人很容易计算出复杂度：Flat

Screen-Door Transparency

透明的一种实现-透明纱窗。他用一个b比特纱窗覆盖在物体上面，bit为1就表示这个像素透明。然后在 shading 阶段将相邻像素根据透明度混合起来。

这个方法最大的优势就是不用考虑物体的顺序，当然，在一些系统中比alpha bending会快很多。

该方法在实现延迟渲染的初期就仔细调研过，它的优点是可以以统一的方式处理半透明和不透明。但缺点也同样比较致命：

如果以 4 个像素的方块作为一个混合单元，只能支持 3 层半透明。

如果光照环境和材质细节较复杂，特别是高光较强时，可以看出明显的颗粒感。且透明层数越多效果越差。

Alpha Blending

透明度用alpha表示，取值[0,1],1表示完全不透明，0表示完全透明。

颜色公式：

C=Cs*alpha+(1-alpha)*Cd

Cs表示透明板的颜色，Cd表示目标颜色。

Z-buffer

也叫深度缓冲。这是一项处理3D物体深度信息的技术，它对不同物体和同一物体不同部分的当前Z坐标进行纪录，在进行着色时，对那些在其他物体背后的结构进行消隐，使它们不被显示出来。Z Bufer所用的位数越高，则代表它能够提供的景深值就越精确。图形芯片大多支持24bit Z-Buffer而加上8bit的模板Buffer后合称为32bit Z-Buffer。

Painter algorithm

画家算法也叫作优先填充，它是三维计算机图形学中处理可见性问题的一种解决方法。当将三维场景投影到二维平面的时候，需要确定哪些多边形是可见的，哪些是不可见的。
“画家算法”表示头脑简单的画家首先绘制距离较远的场景，然后用绘制距离较近的场景覆盖较远的部分。画家算法首先将场景中的多边形根据深度进行排序，然后按照顺序进行描绘。这种方法通常会将不可见的部分覆盖，这样就可以解决可见性问题。

Depth peeling

层次分离技术。用于形状复杂的透明物体的绘制。示意图如下：

先画第一层，再画第二层...

层数越多，越逼真。

Depth peeling可能带来的问题：
1. 效率降低，且开销不稳定。（pass数量依赖于相机角度，骨骼动画等）
2. 方案本身带来的复杂性。（如何判断当前有多少层半透明，遮挡查询？）
3. 无已有的可参考的产品，只有技术demo。