着色（Shading）

着色（Shading），有些地方亮些，有些地方暗些，有些地方有颜色，有些地方没颜色。我们给它的定义是给不同物体应用不同材质的过程。

最简单的着色模型：Blinn-Phong 反射模型。

下图分别表示镜面高光、漫反射和环境照明（间接光照）。

我们现在考虑光照是考虑任何一个点上，即 shading point 这个点它的着色结果是多少。定义观察方向 v、法线 n、光照方向 l。既然定义的都是方向，那么这些向量都是单位向量。

着色跟阴影没关系，我们不考虑这个点是不是在阴影内，我们只看这个点跟光照和观察角度的关系，不考虑其他物体的存在，是局部发生的事情。

漫反射：一束光线打到一个物体表面某一点，光线会被均匀地反射到各个不同的方向。

之前的图像也可以看到，同样的光以不同的角度照上去，得到的明暗是不一样的。这是为什么呢？

假如光是离散的，我可以用一根根光线来表示照射，每一根光线代表了固定的能量。第一幅图物体表面与光线垂直，可以接收到所有的 6 根光线，而第二幅图转动了 60° 就只能接收到 3 根光线了，也就是说，这时候物体表面就应该暗一点。推广到任意角度就得到右边的方程，Lambert 余弦定律。

也可以联想到我们地球上为什么有四季之分，也是因为阳光的直射的角度不同，当南半球是夏天的时候北半球是冬天。

点光源光照的衰减。当距离点光源距离是 1 的时候，定义光的强度为 I，当它传播到距离是 r 的时候，光强为 I / r²。

假设我们知道了一个点光源，然后我们又知道 shading point 离点光源有多远，那我们就知道有多少的光传播到 shading point 附近。我们又知道有多少的光会被 shading point 吸收，那我们结合起来，就知道最后漫反射（Diffuse）能看到多少明暗了。

为什么有个 max(0, n*l)，因为两个向量点乘如果小于零，我们就认为没有什么物理意义，光线穿过物体表面，打到下面的材质，这里也没有折射的什么事，所以直接令其为 0。

系数 k_d 表示有多少光线被物体表面给吸收了，即反射率，如果 k_d=0，光线打到物体表面所有光线都被吸收了，没有能量反射出去，那就是黑色了。

在漫反射下，与观测的方向 v 完全没有关系，你从任何角度上看这个着色点都是一样的明暗，从右边的式子上也是如此。

 

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