如何将平面着色应用于RGB颜色？

Question

我正在创建一个小型3D渲染应用程序。我决定对我的三角形使用简单的平面着色 - 只计算面法线和光源之间的角度余弦，并用它来缩放光强度。

但我不确定应该如何将该着色系数应用于我的RGB颜色。

例如，想象一些与光源成60度角的表面。 cos（60度）= 0.5，所以我应该只保留发射光的一半能量。

我可以简单地按该系数缩放RGB值，如下面的伪代码：

double shade = cos(angle(normal, lightDir))
Color out = new Color(in.r * shade, in.g * shade, in.b * shade)

但即使在较小的角度下，所产生的颜色也会变暗。经过一番思考后，这似乎是合乎逻辑的 - 我们的眼睛会感受到光能的对数（这就是为什么我们可以在明亮的白天和夜晚看到它们）。 RGB值已经代表了对数刻度。

我的下一次尝试是使用线性/对数洞察力。理论上：

output energy = lg(exp(input energy) * shade)

可以简化为：

output energy = lg(exp(input energy)) + lg(shade)
output energy = input energy + lg(shade)

因此，这样的阴影只会将阴影系数的对数（负值）添加到RGB值：

double shade = lg(cos(angle(normal, lightDir)))
Color out = new Color(in.r + shade, in.g + shade, in.b + shade)

这似乎有效，但它是否正确？如何在真实的渲染管道中完成？

Answer 1

1. 颜色RGB矢量乘以阴影系数

   您最初假设的余弦值。对数缩放由目标成像设备和人眼完成

2. 如果你的颜色太暗，可能的原因是：

   • 余弦或角度值被截断为整数
   • 或您的管道没有线性比例输出（某些伽马校正可以做到这一点）
   • 或者你在某处有错误
   • 或您的角度和余弦使用不同的指标（弧度/度）
   • 您忘记将环境光系数添加到阴影值
   • 你的向量是对立的还是错的（在视觉上查看它们的第一个链接如何）
   • 你的矢量不在同一个坐标系中（光通常在GCS和LCS模型中的法向量中，所以你需要将它们中的至少一个转换为另一个的坐标系）

3. cos(angle)本身通常不是由余弦计算的

   当您将所有数据作为向量时，只需使用点积

   double shade = dot(normal, lightDir)/(|normal|.|lightDir|)
   

   如果向量是单位大小，那么你可以通过大小丢弃除法...这就是正常和光向量被归一化的原因......

4. 一些相关问题和说明

   • Normal shading这可能会让一两件事（对于初学者来说）
   • Normal/Bump mapping查看片段着色器并搜索dot
   • mirrored light查看稍微复杂的照明方案

   GCS / LCS 表示全球/本地坐标系