GAMES101 第9讲着色(环境光照, 法线贴图)

纹理不但可以用来表示物体的颜色, 还可以用来记录很多信息.

环境光照

将任何一个方向来源的光照都记录下来, 保存在一个贴图中, 这个贴图就是环境光照贴图.

环境光也可以记录在一个球面上, 这个球面就是环境光照球(Spherical Environment Map)

环境光球展开后可以得到如下的图象:

展开后, 我们可以看到, 在上下边缘部分, 会有较大的扭曲, 为了解决这个问题, 我们可以使用立方体贴图 Cube Map.

立方体贴图是一个立方体, 展开后可以得到如下的图象:

好处是, 立方体贴图的展开后, 没有扭曲, 但是坏处是计算光照的时候, 不能像球面那样直接计算, 需要进行一些额外的计算.

纹理可以记录物体表面为基准时, 向上或向下的偏移量, 也就是相对的高度的信息, 这种纹理叫做凹凸贴图 Bump Map, 也可以记录物体表面的法线信息, 这种纹理叫做法线贴图 Normal Map.

高度发生变化 \Rightarrow 法线发生变化 \Rightarrow 着色结果发生变化

也就是说, 我们不需要把几何模型制作的很复杂, 只需要在纹理上记录高度信息(或法线信息), 就可以让物体看起来很复杂.

在表面上任意一个点的法线(不是法线贴图的法线值), 我们假设是 $n (p) = (0, 0, 1)$ , (这是假设在局部坐标系里的法线)

\frac{d p}{d u} = c 1 * [h (u + 1) - h (u)] \frac{d p}{d v} = c 2 * [h (v + 1) - h (v)]

其中

以此可以计算出 $p$ 点的法线 $n$ :

n = (- \frac{d p}{d u}, - \frac{d p}{d v}, 1) . n or ma l i z e d ()

位移贴图 Displacement Map 是一种特殊的凹凸贴图, 它不仅可以改变表面的法线, 还可以改变表面的位置: 位移贴图会真正的移动表面顶点的位置.

代价: 要求模型本身的三角面片要足够密集

预计算着色 Precomputed Shading 是一种在离线渲染时, 预先计算好光照信息, 保存在纹理中, 在实时渲染时, 直接使用这些纹理.

例如: 环境光遮蔽(Ambient occlusion)贴图:

三维纹理 3D Texture 定义了空间中任意一点的值, 通常用来表示体积数据.