一、 渲染管线与模型基础

1.可编程渲染管线

● 蓝色背景的：可编程管线
● 顶点着色器：模型的顶点进行计算
● 片元着色器：将光栅化阶段插值的信息进行计算

2.uv

● 纹理映射：任何3D物体的表面都是2D的→纹理就是一张图→纹理映射：把这张图蒙在一个3D物体上
● uv，就是把这张图展开在一个坐标系中，坐标轴为u和v
● 每个顶点都能利用uv坐标后取到贴图所存储的信息

obj和fbx格式对比

二、材质基础

1.漫反射

● 光朝四面八方反射。
● 补充：
○ （GAMES101）入射的Radiance是均匀的 → 入射和出射的Irradiance相等，并且他俩的Radiance都均匀 → 入射的Radiance和出射的 相等
● 其中Lambert模型简单的认为各个方向是均匀的

2.镜面反射

光滑镜面反射

● 入射等于出射
● 入射光根据表面法线进行反射，并且只有在反射方向有能量，其他方向均为0

粗糙镜面反射

● 法线偏移比较小，所以反射集中在一个区域，有磨砂质感

3.折射

● 对于特殊的介质，除了反射外还会发生折射现象
● 其中，反射和折射的能量多少由Fresnel定律决定：

粗糙镜面折射

和粗糙镜面反射类似，也是集中在一个区域

4多层材质

● 除了物体本身的材质以外，表面还有东西（可以看到材质本身和表面的一层）

5.次表面散射/3S（BSSRDF）

6.改变材质表面

● 现实世界中不存在完美光滑的表面，模型顶点带的法线也有限，所以我们可以用法线贴图做效果
● 光照计算时，有法线的参与，所以我们可以对法线做出调整，来调整相应的光照计算
○ 比如《罪恶装备》卡渲中，手掰法线
● 补充：（GAMES101）：渲染方程中，和材质有关的一项：BRDF CG中，Material==BRDF

三、模型数据解析（在渲染管线中的作用）

1.顶点动画
● 顶点着色器计算的是模型的每个顶点，每个顶点数据不同
○ 因此在同个计算公式下，不同的顶点会得出不同的结果
● 顶点动画就是在顶点shader中对模型的顶点进行操作，来产生动画效果。
● 需要一定数量的顶点，顶点动画的效果才会明显（必要时可以结合曲面细分）
● 一个顶点传入顶点shader，顶点shader控制顶点位置时，所有的顶点都会进行一样的算法。
● 在一些三维软件中，动画的K帧也是顶点动画
○ 意思类似：（GAMES101对于shader概念的完善：每个顶点/像素都会执行一次，是通用的，不用做循环）

2.纹理动画
● 渲染的过程中改变纹理坐标，使其采样时发生偏移，来达到动画的效果 （eg： UE4中的panner节点可以获取纹理坐标并进行位移）

● 一般uv偏移都放在顶点shader做，个人总结原因有二：
○ ①依赖纹理读取的存在，会影响性能（只要不是从顶点shader直接传到片元shader，就会产生依赖纹理读取）

○ ②一般情况下顶点数 < 片元数，执行次数少

● 例子原理分析：
○ 第一个部分：光照计算
■ 利用法线贴图，改变反射和折射的朝向

○ 第二个部分：对背部画面采样的部分
■ 改变uv采样点的位置，产生动画效果

3.顶点色

可以通过判断顶点色，来做一些操作
○ eg，顶点色达到一定的值，就做阴影。
○ eg2：庄懂老师的课后部分的案例里，使用模型的顶点色作为mask使用
● Maya中顶点色的绘制
○ （所有四边面转到游戏引擎中都会转换为三角形来计算）

4 插值：重心坐标。

● //详细笔记参考：《GAMES101》-L9-插值部分
● 总结：三角形所在平面任意点（x，y）都可用三顶点（α β γ）的线性组合表示。
● 补充：重心坐标不能保证投影后不变，所以三维情况下要先找到重心坐标再插值
● 任意一个点的表示公式

5.顶点法线、面法线

● 面法线本质上还是顶点法线，只是存储方式不同
● 原理：
○ 面法线：三个顶点共用一个法线，插值出来结果相同
○ 顶点法线：每个顶点都有一个发现，插值出来也就不同

扩展：NPR中的描边
● NPR渲染中，通常在顶点shader中，将顶点法线方向偏移，再在片元着色器中直接输出一个颜色，达到描边效果。
● BackFacing描边时，描边线条断开就是因为没有平滑顶点之间的法线导致的

2.模型光滑组对法线有什么影响

先搞清楚光滑组是什么
● 没有真正的光滑面，所有面都是三角形
● 光滑组的含义：下面图标出了面的亮度，纯属打比方，不是确切数字，两面之间的过渡就是两面亮度和的平均值，光滑组处理面之间的光照信息，提高它们的亮度、饱和度。

○ 如果两个面一个光滑组是1，另一个是2，就不进行计算
○ 如果他们的光滑组都是1，就会进行光照计算，产生光滑效果，影响最终渲染。

● 自动光滑：所有面的夹角小于45度的进行光滑
● 光滑组：通过处理面之间的光照信息来达到光滑效果，是用来设置边缘线的光滑显示的。
● 网格平滑和涡轮平滑：通过增加面，把面分的更细腻来表达曲度
● 我们平常说的布线合理，拓朴其实是保持两个三角面的一致性（构成一个四边面的俩三角面）

②光滑组对法线的影响
法线
● 烘焙法线的意义，就是把高模的法线方向，用一张图（RGB）来存储法线信息，存到低模的表面上。贴上法线贴图的低模，就会在视觉上产生凹凸不平、增加细节的渲染效果，从而看起来像高模一样。Normal Mapping 法线贴图本质上就是一种图片，只是这张图片的用途比较特殊而已。
● 没有光滑组的话，烘出来的法线贴图是一棱一棱的。一般情况下最少也要给一个光滑组
● 参考链接中的例子：渐变色的法线贴图在substancepainter会出现黑边情况（光滑组的问题）

光滑组（软硬边）和UV对法线的影响
●

● 光滑组相连的模型，法线贴图都存在大渐变色，导致模型的法线效果会很奇怪（平面上有发暗发亮的光影）。当你发现你的模型出现这种渐变时，一定是出现了光滑组的问题。
● 中间的两个模型出现了不同程度的接缝（第三个模型的接缝非常明显，第二个模型则弱一些）。光滑组和uv统一相连或断开，是不会出现明显接缝的，当遇到接缝问题，优先考虑模型的光滑组和uv是否统一。