Interactive 3D Graphics-Lesson3 Notes

公開課的一些筆記。

三種著色方式

flat shading: 三角形的頂點沒有法向量，三角形整個面才有法向量，打光時整個三角形只呈現一種顏色。
Gouraud shading: 三角形的頂點都有各自的法向量，打光時三個頂點有各自的顏色，接著做雙線性插補 (bilinear interpolation)來求得顏色，使整個三角形有漸層的顏色變化。
Phong shading: 三角形的頂點都有各自的法向量，先對三角形整個面作法向量的雙線性插補，接著打光來求整個三角形的顏色。

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各自的複雜度：

flat shading的複雜度：N * L
Gouraud shading: 的複雜度：N * (3 * L + b * A)
Phong shading的複雜度：(B + L) * N * A
數學好的人很容易計算出複雜度：Flat<Gouraud<Phong Shading。這裡也因此說明了為何早期電腦都只支援Gouraud shading，就算已經知道Phong shading的效果比Gouraud shading好，但還是選擇效能好而效果不錯的Gouraud shading！如今GPU發展迅速，Phong Shading的效能已得到提升。

Screen-Door Transparency

透明的一種實現-透明紗窗。他用一個b位元紗窗覆蓋在物體上面，bit為1就表示這個像素透明。然後在 shading 階段將相鄰像素根據透明度混合起來。

這個方法最大的優勢就是不用考慮物體的順序，當然，在一些系統中比alpha bending會快很多。

該方法在實現延遲渲染的初期就仔細調研過，它的優點是可以以統一的方式處理半透明和不透明。但缺點也同樣比較致命：

如果以 4 個像素的方塊作為一個混合單元，只能支援 3 層半透明。

如果光照環境和材質細節較複雜，特別是高光較強時，可以看出明顯的顆粒感。且透明層數越多效果越差。

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。

顏色公式：

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

Cs表示透明板的顏色，Cd表示目標顏色。

Z-buffer

也叫深度緩衝。這是一項處理3D物體深度資訊的技術，它對不同物體和同一物體不同部分的當前Z座標進行紀錄，在進行著色時，對那些在其他物體背後的結構進行消隱，使它們不被顯示出來。Z Bufer所用的位元越高，則代表它能夠提供的景深值就越精確。圖形晶片大多支援24bit Z-Buffer而加上8bit的模板Buffer後合稱為32bit Z-Buffer。

Painter algorithm

畫家演算法也叫作優先填充，它是三維電腦圖形學中處理可見度問題的一種解決方案。當將三維情境投影到二維平面的時候，需要確定哪些多邊形是可見的，哪些是不可見的。
“畫家演算法”表示頭腦簡單的畫家首先繪製距離較遠的情境，然後用繪製距離較近的情境覆蓋較遠的部分。畫家演算法首先將情境中的多邊形根據深度進行排序，然後按照順序進行描繪。這種方法通常會將不可見的部分覆蓋，這樣就可以解決可見度問題。

Depth peeling

層次分離技術。用於形狀複雜的透明物體的繪製。如下：

先畫第一層，再畫第二層...

層數越多，越逼真。

Depth peeling可能帶來的問題：
1. 效率降低，且開銷不穩定。（pass數量依賴於相機角度，骨骼動畫等）
2. 方案本身帶來的複雜性。（如何判斷當前有多少層半透明，遮擋查詢？）
3. 無已有的可參考的產品，只有技術demo。