八、着色2：着色频率&实时渲染管线

8.1 着色频率

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  1. 着色频率即为：将结果应用到哪些平面上
    1. 左1：应用到每个三角面上，Flat Shading
    2. 左2：应用到每个顶点上，Gouraud Shading
    3. 左3：应用到每个像素上，Phong Shading

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8.1.1 计算顶点法线

将与该顶点相关的所有面的法线，做加权平均，权重为三角形面积

\[ N_v=\frac{\sum_i N_i}{|\sum_i N_i|} \]

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8.1.2 计算像素法线

使用重心坐标，对相邻两个顶点的法线进行插值

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8.2 实时渲染管线

  1. 输入：3维空间中的若干个点
  2. Vertex Processing：将3维空间的点，投影到屏幕空间上
    1. Model, View Projection变换
    2. 着色、纹理映射
  3. Triangle Processing：形成屏幕空间上的三角形
  4. Rasterization：通过光栅化，将三角形绘制到屏幕上
    1. 对三角形是否覆盖进行采样
  5. Fragment Processing：对像素进行着色
    1. Z-Buffer
    2. 着色、纹理映射
  6. Framebuffer Opreations：将三角形拼装成图像

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8.3 Shader程序

  1. 对每一个顶点/像素，Shader均会执行一次
  2. 顶点着色器：对顶点操作
  3. 片段着色器、像素着色器：对像素操作，确定当前像素是什么颜色

8.4 GPU

  1. 是整个图形管线的硬件实现：如光栅化、投影
  2. 有一部分是可编程的：即着色器
  3. GPGPU：通用GPU计算，可以完成各种各样的GPU计算
  4. 是一个高度并行化的多核处理器

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8.5 纹理映射

  1. 根本作用：定义3维物体上任何一个点的属性

  2. 纹理：任何一个3维物体的表面都是2维的，因此可以和一张图有一个一一对应的关系，这张图即为纹理

    1. 将3维物体上的每一个三角形的顶点，映射到纹理图像上
      1. 由美工完成
      2. 自动化：参数化模型

  3. UV坐标系：即纹理坐标的坐标系，通常范围为[0~1] × [0~1]

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  4. 不同的位置可以映射到同一个位置上

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  5. 好的纹理：纹理的上下左右可以无缝衔接，称为tiled textures

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