3D to H5工作流應(yīng)用手冊 [理論篇] |騰訊ISUX

設(shè)計(jì)師需求中3D視覺平移到互動(dòng)H5中的項(xiàng)目越來越多,three.js和PBR工作流的結(jié)合卻一直沒有被系統(tǒng)化地整理。

和各位前端神仙一起做項(xiàng)目,也一起磕磕碰碰出了愛與痛的領(lǐng)悟。小小總結(jié),希望3D去往H5的道路天塹變通途。

本手冊主要分為兩大部分:

Part 1 理論篇:主要讓設(shè)計(jì)師了解計(jì)算機(jī)到底是如何理解和實(shí)時(shí)渲染我們設(shè)計(jì)的3D項(xiàng)目,以及three.js材質(zhì)和預(yù)期材質(zhì)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

Part 2 實(shí)踐篇:基于three.js的實(shí)現(xiàn)性,提供場景、材質(zhì)貼圖的制作思路、以及gltf工作流,并動(dòng)態(tài)討論項(xiàng)目常常遇到的還原問題。

本文主要for剛接觸3D圖形學(xué)的設(shè)計(jì)師,僅截取了最常用的理論知識(shí)和大家一起學(xué)習(xí)。

部分涉及技術(shù)美術(shù)或計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的描述可能不甚嚴(yán)謹(jǐn),希望大家多多交流討論哈。

其實(shí)無論H5開發(fā)用到的是哪種webGL,設(shè)計(jì)相關(guān)的材質(zhì)制作基本還是基于PBR思路進(jìn)行的,所以這邊建議各位親可以先去閱讀一下Substance官方寶冊《The PBR Guide》。

理論篇

設(shè)計(jì)師在還原3D類型的互動(dòng)H5項(xiàng)目的時(shí)候一定想過這個(gè)宇宙終極問題:為什么H5/Web實(shí)現(xiàn)的3D效果和C4D里渲染出來的差異那么大?

其實(shí)這是我們對(duì)實(shí)時(shí)渲染引擎(UE、Unity、three.js等)和離線渲染工具(Redshift、Octane、Vray等)的差異存在誤解:一是離線渲染工具是基于真實(shí)光照環(huán)境來計(jì)算每顆像素的著色,實(shí)時(shí)渲染如果要實(shí)現(xiàn)這種效果需要耗費(fèi)更多硬件基礎(chǔ)和算力去模擬光照(沒個(gè)好顯卡都開不動(dòng)光追)。

雖然UE5的實(shí)時(shí)渲染技術(shù)和硬件兼容性已經(jīng)讓大家大吃一驚,但在實(shí)際項(xiàng)目,尤其是需要兼容低端設(shè)備的H5來說,渲染能力還是相對(duì)有限的。二是對(duì)于游戲或H5互動(dòng)網(wǎng)站實(shí)際應(yīng)用來說,流暢的互動(dòng)體驗(yàn)優(yōu)先級(jí)往往高于畫面精細(xì)度,所以犧牲視覺保性能也是常見情況。

3D to H5工作流應(yīng)用手冊 [理論篇]
Octane離線渲染效果 VS three.js 實(shí)時(shí)渲染效果
材質(zhì)細(xì)節(jié)、全局光照及投影、以及抗鋸齒表現(xiàn)差距明顯

當(dāng)實(shí)時(shí)渲染效果與設(shè)計(jì)預(yù)期差距過大時(shí),設(shè)計(jì)師能多了解一些基礎(chǔ)的計(jì)算機(jī)圖形學(xué),也許就能更好地和開發(fā)同學(xué)商討性價(jià)比更高的視覺實(shí)現(xiàn)和資源優(yōu)化方案(以及更多Battle的籌碼)。

1. 著色器與著色算法差異(靴靴微硬核預(yù)警)

首先我們要知道計(jì)算機(jī)之所以能在2D屏幕上畫出3D的圖像,是因?yàn)橛兄鳎⊿hader)在繪制,它將我們?nèi)S空間里的模型與光照信息進(jìn)行轉(zhuǎn)換,并光柵化為二維圖像。在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中,著色器是用于對(duì)圖像的材質(zhì)(光照、亮度、顏色)進(jìn)行處理的程式。

常用的著色器分為四種:像素/片元著色器(Pixel/Fragment Shader)、頂點(diǎn)著色器(Vertex Shader)、幾何著色器(Geometry Shader)、細(xì)分曲面著色器(Tessellation Shader)。

像素/片元著色器與頂點(diǎn)著色器(Vertex Shader)在webGL處理過程中都有使用,頂點(diǎn)著色器先將模型中每個(gè)頂點(diǎn)的位置、紋理坐標(biāo)、顏色等信息進(jìn)行轉(zhuǎn)換裝配,再由片元著色器對(duì)3D信息光柵化并轉(zhuǎn)換成2D屏幕信息。(關(guān)于著色器差異,感興趣的同學(xué)可以直接跳到附錄查看。)

著色器是怎么把頂點(diǎn)中所帶有光照、紋理等信息轉(zhuǎn)換并重建在二維圖像的像素中呢?GPU中是透過不同的著色算法來實(shí)現(xiàn)的。

一種是獲取每個(gè)三角形的插值(Interpolate)來實(shí)現(xiàn),這種方法稱作Per Vertex Lighting,但是當(dāng)三角型很大的時(shí)候,插值往往不夠精準(zhǔn)。此時(shí)還可以引用另一種方法Per Pixel Lighting,計(jì)算每個(gè)像素的光照信息,獲得更好的渲染效果,但是往往也帶來更大的計(jì)算量。

一般常見計(jì)算機(jī)圖形著色算法有三類:Flat Shading、Gouraud Shading、Phong Shading。這些算法雖然看起來和我們設(shè)計(jì)師沒啥關(guān)系,但事實(shí)上在后面了解three.js材質(zhì)時(shí),就會(huì)發(fā)現(xiàn)他們在呈現(xiàn)時(shí)的差異。

3D to H5工作流應(yīng)用手冊 [理論篇]
Flat、Gouraud、Blinn-Phong著色法比較 [ F1, ??Stefano Scheggi ]

1)平直著色法 Flat Shading

這種著色法認(rèn)為模型中所有面都是平的,同一個(gè)多邊形的上任意點(diǎn)的法線方向都相同。著色時(shí),會(huì)優(yōu)先選擇多邊形的第一個(gè)頂點(diǎn)或三角形的幾何中心計(jì)算顏色。這種著色法實(shí)踐上的效果很像低面模型,也比較適合使用在高速渲染的場景。值得注意的是,這種著色法難以做出平滑高光效果。

2)高洛德平滑著色法 Gouraud Shading

這是一種平滑的著色方法,在著色時(shí)會(huì)先計(jì)算三角形每個(gè)頂點(diǎn)的光照特性,利用雙線插值去補(bǔ)齊三角形區(qū)域內(nèi)其他像素的顏色。這個(gè)著色法的比起平直著色法增加了插值的細(xì)節(jié),而且也比Phong著色法渲染單個(gè)像素的光照特性的性能要高。

但是在渲染高光時(shí),可能會(huì)因?yàn)闊o法獲取精確的光照值而出現(xiàn)一些不自然的過渡(或T型連接容易被錯(cuò)誤繪制),此時(shí)可以考慮對(duì)模型進(jìn)行細(xì)分或使用漫反射材質(zhì)。

3)Phong平滑著色法 Phong Shading

與Gouraud Shading不同的是,它會(huì)對(duì)頂點(diǎn)的法線進(jìn)行插值,并透過每個(gè)像素的法向量計(jì)算光照特性。這種做法能繪制出精致、精準(zhǔn)的曲面,但是計(jì)算量較大。Blinn-Phong是Phong的進(jìn)階版,著色性能更好,且高光彌散更自然。

2. 基本光照模型 Illumination Model

簡單了解計(jì)算機(jī)如何繪制3D圖形后,再來看看它要如何具體理解我們所設(shè)計(jì)的3D場景。

3D轉(zhuǎn)換成2D,也就是3D柵格化的過程中,每一個(gè)像素的顏色是需要基于它所在的環(huán)境計(jì)算出來,而基于被渲染物體表面某個(gè)點(diǎn)的光強(qiáng)度計(jì)算模型就被稱為光照明模型(Illumination Model)或光照模型(Light Model),透過計(jì)算光照模型所得到表面位置對(duì)應(yīng)像素顏色的過程被稱為表面繪制(Surface Render)。

*請(qǐng)注意這里說的光照模型并不是指設(shè)計(jì)師理解的3D立體模型,而是指模型對(duì)象表面光照效果的數(shù)學(xué)計(jì)算模型。

影響光照模型的因素有兩大方面,一是本身給渲染物體材質(zhì)設(shè)置的各種光學(xué)特性(顏色反射系數(shù)、表面紋理、透明度等),二是場景中光源光及環(huán)境光(場景中各個(gè)被照明對(duì)象的反射光)。

傳統(tǒng)光照模型都是對(duì)漫反射和鏡面反射的理想化模擬,如果要還原基于真實(shí)物理世界的效果,光照模型需要遵循能量守恒定律:一個(gè)物體能反射的光必然少于它接受的光。在實(shí)踐層面則表現(xiàn)為,一個(gè)漫反射更強(qiáng)且更粗糙的物體會(huì)反射更暗且范圍更大的高光,反之亦反。

3D to H5工作流應(yīng)用手冊 [理論篇]
基于PBR的光照模型需要遵循能量守恒定律 [ F2, ??Joe Wilson ]

光照模型與著色組合在不同的渲染需求下也會(huì)有不同的應(yīng)用:

  • 真實(shí)感渲染(Photorealistic Rendering):目的是基于真實(shí)物理世界對(duì)3D場景進(jìn)行仿真還原。
  • 非真實(shí)感渲染(Unphotorealistic Rendering):也被成為風(fēng)格化渲染(Stylistic Rendering),會(huì)更抽象化地對(duì)模型進(jìn)行重繪。
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真實(shí)感渲染及非真實(shí)感渲染對(duì)比 [ F3, ??Autodesk ]

1)真實(shí)感渲染 Photorealistic Rendering

考慮到真實(shí)感渲染對(duì)硬件的依賴,目前webGL中使用的一般以簡單的局部光照模型為主(只計(jì)算光源對(duì)物體的光照效果,不計(jì)算物體間的相互影響,我們看到的“假反射”通常透過貼圖來進(jìn)行模擬),根據(jù)反射形態(tài),經(jīng)典的光照模型有下列幾種:

Lambert 漫反射模型:

這種模型的粗糙表面(如塑料、石材等)會(huì)將反射光從各個(gè)方向反射出去,而這種光反射也稱為漫反射。理想的漫反射體我們通常稱作郎伯反射體(Lambertian Reflectors),也就是我們熟悉的橡膠材質(zhì)。

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漫反射模型與其他光照模型對(duì)比 [ F4, ??ViroCore ]

Phong 鏡面反射模型:

這是一種以實(shí)驗(yàn)及觀察為合成基礎(chǔ)的非物理模型。它的表面反射同時(shí)結(jié)合了粗糙表面漫反射和光滑表面鏡面反射,但Phong模型在高光處的表現(xiàn)有過渡瑕疵。

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Phong鏡面反射模型視覺構(gòu)成 [ F5 ]

Blinn–Phong 模型:

是在OpenGL和Direct3D里默認(rèn)的著色模型,一種調(diào)優(yōu)后的非物理的Phong模型,頂點(diǎn)間的像素插值使用Gouraud著色算法,比Phong著色算法性能更好,而且高光效果也更平滑。

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Phong及Blinn-Phong鏡面反射模型對(duì)比 [ F6 ]

Cook-Torrance/GGX 光照模型:

如果你用過C4D的默認(rèn)渲染器,那么一定在材質(zhì)的反射通道設(shè)置中見過它倆。

這是相對(duì)高級(jí)的光照模型,不同于Phong和Blinn-Phong模型僅僅對(duì)漫反射及鏡面反射進(jìn)行理想化模擬,這兩個(gè)光照模型基于不同物理材質(zhì)加入了微表面(Microfacet)的概念,并考慮到表面粗糙度對(duì)反射的影響,對(duì)鏡面反射進(jìn)行了調(diào)優(yōu),使得高光的長尾彌散更加自然,也是目前PBR渲染管線(Unity、UE)中較常用的光照模型。

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Phong、Blinn-Phong與GGX鏡面反射模型對(duì)比 [ F7, ??ridgestd ]

次表面散射模型 Subsurface scattering/SSS:

終于有一個(gè)設(shè)計(jì)師們常見的概念了。次表面散射是指光穿透不透明物體時(shí)(皮膚、液體、毛玻璃等)的散射現(xiàn)象。現(xiàn)實(shí)生活中,大部分物體都是半透明的,光會(huì)先穿透物體表面,繼而在物體內(nèi)被吸收、多次反射、然后在不同的點(diǎn)穿出物體。以皮膚為例,只有大概6%的反射是直接反射,而94%的反射都是次表面散射。

BSSRDF(雙向次表面反射分布函數(shù))是用于描述入射光在介質(zhì)內(nèi)部的光照模型,目前也被應(yīng)用在最新的虛擬角色皮膚實(shí)時(shí)渲染中;但由于SSS材質(zhì)的計(jì)算需要依賴深度/厚度數(shù)據(jù),所以webGL對(duì)這種高級(jí)光照效果的還原程度還是相對(duì)有限的。

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Unity中模擬次表面散射光照模型效果 [ F8, ??Alan Zucconi ]

2)非真實(shí)感渲染 Non-Photorealistic Rendering-NPR

也就是我們常說的3渲2,非寫實(shí)渲染風(fēng)格也是從人們對(duì)3D場景套以2D繪畫或自然媒體材質(zhì)需求而演化過來的。因此非寫實(shí)渲染技術(shù)實(shí)際上是不同光照模型+不同著色處理共同作用的風(fēng)格化輸出,目前也被大量應(yīng)用在動(dòng)畫及游戲中,像《英雄聯(lián)盟:雙城之戰(zhàn)》《蜘蛛俠:平行宇宙》都是頂級(jí)三渲二大作。

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在不同通道中混合應(yīng)用真實(shí)感渲染及非真實(shí)感渲染效果 [ F9, ??Polygon Runway]

Cel Shading/Toon Shading:

卡通著色,一種最常見的以3D技術(shù)模擬扁平風(fēng)格的著色形式,通常以極簡的顏色、漸變及明確的外框線等漫畫元素作為風(fēng)格特征。

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Blender中不同類型的Toon Shader效果 [ F10, ??Blendernpr]

日本創(chuàng)意編程師Misaki Nakano制作了一個(gè)非常有趣的Toon Shading H5互動(dòng)頁面,大家可以體驗(yàn)一下不同著色形態(tài)下非常模型的視覺表現(xiàn)。搜索體驗(yàn):https://mnmxmx.github.io/toon-shading/dst/index.html

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Misaki Nakano的Toon Shader互動(dòng)網(wǎng)站 [ F11, ??Misaki Nakano]

Customized Shading:

目前越來越多渲染器可支持設(shè)計(jì)師及工程師根據(jù)項(xiàng)目需求對(duì)著色進(jìn)行定制化處理,以產(chǎn)出更具風(fēng)格化和藝術(shù)化的著色效果。例如工業(yè)界插畫常用的冷暖著色(Gooch Shading),以及更具繪畫質(zhì)感的素描著色(Hatching)及油畫水墨畫等自然媒體著色,都已經(jīng)深入到了我們?nèi)粘5膭?chuàng)作之中。

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在Unity中,基于真實(shí)感渲染的貼圖效果與NPR水墨風(fēng)格化著色效果對(duì)比 [ F11, ??鄧佳迪]

3. Three.js 材質(zhì)著色對(duì)比

說完真實(shí)感與非真實(shí)感渲染差異后,我們再來看看Three.js中的材質(zhì)。

和許多渲染引擎一樣,除了原生材質(zhì)外,webGL的材質(zhì)和著色都是可以根據(jù)需求進(jìn)行定制的,但這往往會(huì)也帶來較高的開發(fā)成本及兼容性風(fēng)險(xiǎn)??紤]到H5項(xiàng)目的實(shí)際應(yīng)用場景,下表羅列了Three.js原生材質(zhì)的對(duì)比,包含了材質(zhì)特性優(yōu)勢、貼圖差異及適用場景,大家可以基于項(xiàng)目需求快速選擇并混合使用:

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three.js材質(zhì)對(duì)比表

4. 色彩描述與管理 Color Space

雖然著色、光照模型以及材質(zhì)渲染對(duì)3D表現(xiàn)有著最為直觀的影響,但3D工作流仍有一個(gè)隱秘而關(guān)鍵的環(huán)節(jié)——色彩管理。

真實(shí)世界中按照物理定律,如果光的強(qiáng)度增加一倍,那么亮度也會(huì)增加一倍,這是線性的關(guān)系。理想狀態(tài)下,像素在顯示屏上的亮度也應(yīng)為線性關(guān)系,才能符合人眼對(duì)真實(shí)世界的觀察效果(如圖b:橫坐標(biāo)為像素的物理亮度,縱坐標(biāo)為像素顯示時(shí)的實(shí)際亮度)。

但是顯示器的成像由于電壓的影響,導(dǎo)致輸出亮度與電壓的關(guān)系是一個(gè)亮度等于電壓的1.7-2.3次冪的非線性關(guān)系,這就導(dǎo)致了當(dāng)電壓線性變化時(shí),亮度的變化在暗處轉(zhuǎn)換時(shí)變慢,如果顯示器不經(jīng)過矯正,暗部成色也會(huì)整體偏暗(如圖c)。目前大多數(shù)顯示器的Gamma值約為2.2,所以也可以理解Gamma2.2是所有顯示器自帶的一個(gè)遺傳病。

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  • 紅色上曲線=Gamma0.45=sRGB Space
  • 綠色下曲線=Gamma2.2=顯示器真實(shí)成像缺陷
  • 藍(lán)色斜線=Gamma1.0=Linear Space 真實(shí)物理世界線性關(guān)系

為了矯正顯示器的非線性問題(從圖c校正回圖b),我們需要對(duì)它進(jìn)行一個(gè)2.2次冪的逆運(yùn)算(如圖a),在數(shù)學(xué)上,這是一個(gè)約0.45的冪運(yùn)算(Gamma0.45)。經(jīng)過0.45冪運(yùn)算,再由顯示器經(jīng)過2.2次冪輸出,最后的顏色就和實(shí)際物理空間的一致了,這套校正的操作就是伽馬校正(Gamma Correction)。

而我們常見的sRGB就是Gamma0.45所在的色彩空間,是1996由微軟與惠普共同開發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)色彩空間。當(dāng)照片素材一開始儲(chǔ)存成sRGB空間,相當(dāng)于自帶一個(gè)Gamma0.45的遺傳病抗體,當(dāng)它被顯示器顯示時(shí),就自動(dòng)中和了顯示器Gamma2.2的缺陷,從而顯示出與物理世界相符的亮度。

另一個(gè)校正原因是因?yàn)槿搜墼诮邮芄饩€時(shí)的敏感度也不是線性的,人對(duì)于暗部的感知更敏感,對(duì)高亮區(qū)域感知較弱,而且人眼感知光強(qiáng)度與光的物理強(qiáng)度也剛好是對(duì)數(shù)關(guān)系。為了在暗部呈現(xiàn)更多人眼可感知的細(xì)節(jié),Gamma0.45的色彩空間中(如圖a),像素的實(shí)際亮度也會(huì)高于它的物理亮度。

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人眼感知光強(qiáng)度與發(fā)射光真實(shí)物理強(qiáng)度對(duì)比

上面那一大段確實(shí)有點(diǎn)繞,但也就說回來為什么建議渲染時(shí)使用線性空間(Linear Space)了。因?yàn)樵谟?jì)算機(jī)圖形中,著色器的運(yùn)算基本上都是基于物理世界的光照模型來保證渲染真實(shí)性的,如果模型的紋理輸入值是非線性的(sRGB),那么運(yùn)算的前提就不統(tǒng)一,輸出的結(jié)果自然就不那么真實(shí)了。

而在大多數(shù)工作流及渲染軟件中,大部分貼圖資源都是默認(rèn)輸出sRGB的(設(shè)計(jì)師作圖環(huán)境一般也在sRGB,所見即所得),而法線貼圖、光線貼圖等紋理(純數(shù)值類紋理,只用于計(jì)算)又是Linear的,這個(gè)部分就需要我們根據(jù)渲染引擎本身的特性,來判斷是否需要對(duì)不同的貼圖進(jìn)行不同的”去Gamma化”處理了(WebGL、Unity、Octane等)。

將所有貼圖進(jìn)行去Gamma化,統(tǒng)一為Linear空間后,再在渲染輸出時(shí)由引擎統(tǒng)一進(jìn)行Gamma校正,這個(gè)時(shí)候在顯示屏里顯示的就是接近真實(shí)世界的效果了。

回到H5所用的Three.js,它的著色器計(jì)算也是默認(rèn)在Linear空間,如果最終渲染時(shí)不轉(zhuǎn)化為sRGB,在設(shè)備顯示時(shí)可能會(huì)造成色彩失真。在three.js中色彩管理的工作流會(huì)根據(jù)導(dǎo)入模型Asset的差異而有所不同,如果貼圖與模型是分別導(dǎo)入場景,則建議可嘗試以下流程:

1)輸入貼圖數(shù)據(jù) sRGB to Linear: 含色彩的貼圖(基礎(chǔ)材質(zhì)、環(huán)境、發(fā)光)設(shè)編碼為sRGB(texture.encoding = sRGBEncoding),或?qū)秩驹O(shè)置renderer.gammaInput設(shè)為True,可將原為sRGB的貼圖轉(zhuǎn)換為Linear,而原純數(shù)值類貼圖(法線、凹凸等)仍舊保持Linear;這一操作可保證貼圖輸入數(shù)據(jù)的正確性與統(tǒng)一性。

2)刷新材質(zhì):當(dāng)材質(zhì)編碼類型被修改后,需要設(shè)置Material.needsUpdate為True,以重新編譯材質(zhì)。

3)輸出渲染 Linear to sRGB: 校正渲染輸出值的Gamma:renderer.gammaOutput = true; renderer.gammaFactor = 2.2;以供顯示屏正確顯色。

《Part1-理論篇》就先告一段落啦,如果你偶發(fā)失眠,建議可以反復(fù)咀嚼延伸閱讀的內(nèi)容。

《Part2-實(shí)踐篇》會(huì)繼續(xù)完善three.js場景、材質(zhì)貼圖的制作思路、以及gltf工作流,并動(dòng)態(tài)討論項(xiàng)目常常遇到的還原問題。

2022,咱們需求再見。

附錄

1)著色器差異

① 像素著色器 Pixel Shader

也稱為片元/片段著色器(Fragment Shader), 為二維著色器。它記錄了每一個(gè)像素的顏色、深度、透明度信息。最簡單的像素著色器可用于記錄顏色,像素著色器通常使用相同的色階來表示光照屬性,以實(shí)現(xiàn)凹凸、陰影、高光、透明度等貼圖。同時(shí),他們也可以用來修改每個(gè)像素的深度(Z-buffering)。

但是在3D圖像中,像素著色器可能無法實(shí)現(xiàn)一些復(fù)雜的效果,因?yàn)樗荒芸刂篇?dú)立的像素而并不含有場景中模型的頂點(diǎn)信息。不過,像素著色器擁有屏幕的坐標(biāo)信息,可以依據(jù)屏幕或鄰近像素的的材質(zhì)進(jìn)行采樣并增強(qiáng),例如,Cel Shader的邊緣強(qiáng)化或一些后期的模糊效果。

② 頂點(diǎn)著色器 Vextex Shader

是最常見的3D著色器,他記錄了模型每個(gè)頂點(diǎn)的位置、紋理坐標(biāo)、顏色等信息。它將每個(gè)頂點(diǎn)的3D位置信息轉(zhuǎn)換成2D屏幕坐標(biāo)。頂點(diǎn)著色器可以處理位置、顏色、紋理的坐標(biāo),但是無法增加新的頂點(diǎn)。

③ 幾何著色器 Geometry Shader

是最近新興的著色器,在Direct3D 10 和Open GL3.2中被引用。這種著色器可以在圖元外生成新的頂點(diǎn),從而轉(zhuǎn)換成新的圖元(例如點(diǎn)、線、三角等),而優(yōu)勢也是在于可以直接在著色中增加模型細(xì)節(jié),減低CPU負(fù)擔(dān)。集合著色器的常用場景包括點(diǎn)精靈(Point Sprite)生成(粒子動(dòng)畫),細(xì)分曲面,體積陰影等。

④ 細(xì)分曲面著色器 Tessellation Shader

在OpenGL4.0和 Direct3D 11中出現(xiàn),它可以在圖元內(nèi)鑲嵌更多三角體。為傳統(tǒng)模型新增了兩個(gè)著色步驟(一是細(xì)分控制著色,又稱為Hull Shader,二是細(xì)分評(píng)估著色,又稱為Domain Shader),兩者結(jié)合可以讓簡單的模型快速獲得細(xì)分曲面。(例如,含細(xì)分曲面效果的模型加上置換貼圖就可以獲得極其逼真細(xì)膩的模型)

2)一些術(shù)語的簡單理解

GL:Graphics Library, 圖形函數(shù)庫。

webGL:Web Graphics Library,Html 5可接入的3D繪圖協(xié)議/函數(shù)庫,可以為H5 Canvas提供3D渲染的各類API。

Z-Buffering:

深度緩沖,3D圖像在渲物體的時(shí)候,每一個(gè)生成的像素的深度會(huì)存儲(chǔ)在緩沖區(qū)中。如果另一個(gè)物體也在同一個(gè)像素中產(chǎn)生渲染結(jié)果,那么GPU會(huì)比較兩個(gè)物體的深度,優(yōu)先渲染距離更近的物體,這個(gè)過程叫做Z-Culling。當(dāng)兩個(gè)物體靠很近的時(shí)候(16-bit),可能會(huì)出現(xiàn)Z-Fighting,也就是交疊閃爍的現(xiàn)象,使用24或32bit的Buffer可以有效緩解。

Rendering Pipeline:

渲染管線/渲染流水線/像素流水線,為GPU的處理工作流,是GPU負(fù)責(zé)給圖形配上顏色的專門通道。管線越多,畫面越流暢精美。

3D to H5工作流應(yīng)用手冊 [理論篇]
渲染管道細(xì)節(jié)工作流 [ F12 ]

Rasterization:

光柵化/點(diǎn)陣化/柵格化,就是將管線處理完的圖元轉(zhuǎn)換成一系列屏幕可視的像素,過程包括:圖元拼裝(Primitive assembly)-三角形遍歷(Triangle Traversal)- Pixel Processing-Merging。

3)參考文獻(xiàn)+延伸閱讀

[1]Hearn, D. and Baker, M.P., 2004. Computer graphics with OpenGL, 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)第四版 . Upper Saddle River, NJ: Pearson Prentice Hall,.

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[13] Friksel, What’s this about gammaFactor?

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https://zhuanlan.zhihu.com/p/66558476

[15] Learn OpenGL, Gamma Correction

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[16] 柯靈杰,3D圖形學(xué)基礎(chǔ):

https://zhuanlan.zhihu.com/p/27846162?source=post_page—–b1cde1f23adf———————-

[17] Klayge游戲引擎,關(guān)于D3D11你必須了解的幾件事情(三)

關(guān)于D3D11,你必須了解的幾件事情(三):完結(jié)篇

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[19] Steve Baker, Learning to Love your Z-buffer.

https://www.sjbaker.org/steve/omniv/love_your_z_buffer.html

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https://www.sjbaker.org/steve/omniv/alpha_sorting.html

[21] Microsoft, Direct3D 11 Graphics-Tessellation Stages

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https://www.youtube.com/watch?v=VRw3GuVdldo

[F2] Joe Wilson, Physically-Based Rendering, And You Can Too!

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https://download.autodesk.com/us/mudbox/help2011_5/index.html?url=./files/WS1a9193826455f5ff5cf1d02511b1d000978-6b44.htm,topicNumber=d0e8759

[F4] Virocore, Lighting and Materials

https://virocore.viromedia.com/v1.0.0/docs/3d-scene-lighting

[F5] Wikipedia, Phong Reflection Model

https://en.wikipedia.org/wiki/Phong_reflection_model

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[F7] Ridgestd,從Microfacet到GGX反射模型

http://ridgestd.github.io/2019/03/18/ggx-shader/

[F8] Alan Zucconi, Fast Subsurface Scattering in Unity (Part 2)

https://www.alanzucconi.com/tag/sss/

[F9] Polygon Runway, Toon Shading Tutorial for Blender 2.8 with Commentary

https://www.youtube.com/watch?v=kriKwtzZWFg

[F10] Blendernpr, Basic Toon Shaders with Blender

]http://blendernpr.org/basic-toon-shaders-with-blender-internal/

[F11] 鄧佳笛,在Unity進(jìn)行水墨風(fēng)3D渲染的嘗試

https://zhuanlan.zhihu.com/p/25346977

[F12] Wikipedia, Graphics_pipeline

https://en.wikipedia.org/wiki/Graphics_pipeline

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