文章摘要
GPT 4
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本章节学习目标：

  • 学习掌握色调映射，视差偏移，ShadowMap实时阴影技术

  • 学习常见光照模型知识

环境配置：

一、光照模型知识

1、Phong光照模型和Blinn_Phong光照模型

  • Phong模型 使用反射向量计算高光，效果锐利但计算复杂；

  • Blinn-Phong模型 使用半角向量计算高光，效率更高且效果更柔和，适合实时渲染。

特性 Phong光照模型 Blinn-Phong光照模型
提出时间 1975年（Bui Tuong Phong） 1977年（Jim Blinn）
高光反射计算方式 基于反射向量 RR 和视线向量 VV 的点积：(R⋅V)n(R⋅V)n 基于法线向量 NN 和半角向量 HH 的点积：(N⋅H)n(N⋅H)n
半角向量 H 不使用半角向量 使用半角向量 H=L+V∥L+V∥H=∥L+V∥L+V
反射向量 R 使用反射向量 R=2(N⋅L)N−LR=2(N⋅L)N−L 不使用反射向量
计算复杂度 较高，需要计算反射向量 RR 较低，仅需计算半角向量 HH
高光效果 高光较为锐利，适合模拟非常光滑的表面 高光较为柔和，适合模拟中等光滑的表面
性能 计算反射向量 RR 的开销较大，性能较低 计算半角向量 HH 的开销较小，性能较高
适用场景 适用于需要高光锐利的场景，如镜面、金属等 适用于实时渲染和性能要求较高的场景，如游戏、实时图形
数学公式 Ispecular=Ilight⋅kspecular⋅(R⋅V)nIspecular=Ilight⋅kspecular⋅(R⋅V)n Ispecular=Ilight⋅kspecular⋅(N⋅H)nIspecular=Ilight⋅kspecular⋅(N⋅H)n
优点 高光效果更锐利，适合模拟高度光滑的表面 计算效率高，高光效果更自然，适合实时渲染
缺点 计算反射向量 RR 的开销较大，性能较差 高光效果相对较柔和，不适合模拟极端光滑的表面

2、Blinn_Phong光照模型的应用

二、Tone-Mapping 色调映射技术

1、什么是色调映射技术？为什么需要色调映射技术？

  1. 色调映射技术（Tone Mapping）： 是为了解决高动态范围（HDR）图像在低动态范围（LDR）显示设备上呈现时，丢失细节或失真问题而引入的关键技术。

  2. 需要色调技术的原因：

    • 动态范围不匹配

      • 问题：现实世界的光照范围（HDR）非常大（如太阳光和阴影的亮度差异），而普通显示设备（如显示器、手机屏幕）的动态范围（LDR）有限，无法直接显示HDR图像的全部亮度信息。
      • 解决：色调映射通过压缩HDR图像的亮度范围，将其适配到LDR设备的显示能力范围内，同时尽量保留细节。

      保留细节

      • 问题：直接显示HDR图像会导致亮部过曝（丢失高光细节）或暗部欠曝（丢失阴影细节）。

      • 解决：色调映射通过局部或全局的亮度调整，平衡亮部和暗部的细节，使图像在LDR设备上看起来更自然。

      提升视觉效果

      • 问题：未经处理的HDR图像在LDR设备上可能显得平淡或失真，缺乏视觉冲击力。

      • 解决：色调映射可以增强对比度、色彩饱和度和细节表现，使图像更具视觉吸引力。

      适应人眼感知

      • 问题：人眼对亮度的感知是非线性的，能够同时感知高亮和低亮区域，但显示设备无法直接模拟这种感知特性。

      • 解决：色调映射技术通过模拟人眼的感知特性，使图像在显示设备上更符合人眼的视觉体验。

      应用场景广泛

      • 计算机图形学：在渲染HDR场景时，色调映射是最终呈现的关键步骤。

      • 摄影：将HDR照片转换为适合打印或显示的图像。

      • 影视和游戏：提升画面质量，增强沉浸感。

2、Tone-Mapping 色调映射技术的应用

三、视差偏移技术

视差偏移技术文档（[视差贴图 - LearnOpenGL CN](https://learnopengl-cn.github.io/05 Advanced Lighting/05 Parallax Mapping/#_1)）

视差偏移又叫：视差贴图、视差映射技术。

四、ShadowMap实时阴影技术

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