GAMES202第二课

基本渲染管线

体在空间中的表示 – 点，点和点之间的连接关系

顶点处理 MVP
图元装配和光栅化
片元处理
输出合并

型（Blinn-Phong等等）在光线的弹射和阴影的表现上并不是很好（并不是100%真实，在全局和间接光照上处理的不好）

好处是GPU上跑很快
纹理映射和插值–重心坐标

OpenGL(GLSL)

OpenGL介绍

OpenGL是一个API的集合，是CPU运行的负责调用GPU工作任务的。

优势：

语言无关
跨平台

坏处：

版本特别碎片化
C语言风格，不方便使用

在每个pass中进行的过程

放置物体和模型
1. 模型声明
2. 模型摆放 – model transformation
3. VBO：GPU中的一块区域用于存储模型与.obj文件特别相似
设置相机位置
1. 视口变换 – view transformation
2. 在OpenGL中创建framebuffer
设置画布
1. 这里OpenGL可以multiple render target
2. 垂直同步，双重缓冲，三重缓冲，目的都是为了防止画面撕裂，撕裂原因是在帧缓冲中上一帧画面渲染到一般又渲染了下一帧
画 – shading
1. vertex
  1. 对顶点进行插值
2. 图元装配光栅化
3. fragment
  1. 片段着色
  2. lighting
接着画，画多次 – multiple passes
1. shadowmap的作法
  1. 计算光源能看到什么
  2. 再通过camera来计算这些物体能不能被light看到，不能就是在阴影中

Shader setup步骤

创建shader
编译shader
将shader加载到程序中(attach program)
连接程序(link program)
使用程序(use program)

Vertex Shader(顶点着色器)

// attribute这个只可能在vertex shader中出现，fragment shader中没有
// 顶点位置
attribute vec3 aVertexPosition;
// 法线位置
attribute vec3 aNormalPosition;
// 纹理坐标
attribute vec3 aTextureCoord;

// uniform关键字指定全局变量，vertex和fragment shader都可以用
uniform mat4 uModeViewMatrix;
uniform mat4 uProjectionMatrix;

// 通过varying关键字指定fragment shader中需要插值的量
// highp指定计算精度
varying highp vec2 vTextureCoord;
varying highp vec3 vFragPos;
varying highp vec3 vNormal;

void main(void){
    // 设置要传给frag的属性
    vFragPos = aVertexPosition;
    vNormal = aNormalPosition;
    
    // 转换成齐次坐标再进行MVP
    gl_Position = uProjectionMatrix * uModelViewMatrix * vec4(aVertexPosition, 1.0);
    
    vTextureCoord = aTextureCoord;
}

Fragment shader

// uniform关键字指定全局变量，vertex和fragment shader都可以用
uniform sampler2D uSampler;
// binn
uniform vec3 uKd;
uniform vec3 uKs;
uniform vec3 uLightPos;
uniform vec3 uCameraPos;
uniform float uLightIntensity;
uniform int uTextureSample;

// 通过varying关键字指定fragment shader中需要插值的量
varying highp vec2 vTextureCoord;
varying highp vec3 vFragPos;
varying highp vec3 vNormal;

void main(void){
    vec3 color;
    if(uTextureSample == 1){
        // vec3(2.2)表示伽马矫正
        color = pow(texture2D(uSampler, vTextureCoord).rgb, vec3(2.2));
    }else{
        color = uKd;
    }
    
    // 环境光
    vec3 ambient = 0.05 * color;
    
    // 光线方向由光源位置-点位置得到
    vec3 lightDir = normalize(uLightPos - vFragPos);
    vec3 normal = normalize(vNormal);
    // 兰伯特
    float diff = max(dot(lightDir, normal), 0.0);
    // 光照强度系数
    float light_atten_coff = uLightIntensity / length(uLightPos - vFragPos);
    // 漫反射
    vec3 diffuse = diff * light_atten_coff * color;
    
    // 视线方向
    vec3 viewDir = normalize(uCameraPos - vFragPos);
    float spec = 0.0;
    // 反射方向，需要从点出发，光源方向也是从点出发表示，因此为-lightDir
    vec3 reflectDir = reflect(-lightDir, normal);
    // 高光
    spec = pow(max(dot(viewDir, reflectDir), 0.0), 35.0);
    // 加上高光强度
    vec3 specular = uKs * light_atten_coff * spec;
    
    // blinn-phong
    gl_FragColor = vec4(pow((ambient + diffuse + specular), vec3(1.0/2.2)), 1.0);
}

渲染方程

在渲染中是最为重要的

描述了光线的传播

意思解释：

outgoing radiance：当前点发出的radiance
emission：点的自发光
BRDF * cosθ * dw：BRDF乘上cosθ然后乘以其他地方打到这个点上的radiance
1. cosθ * dw：是将radiance转换成irradiance

V(p, w)：表示点是否可以接收到当前传过来的那束光