[C++][图形学]TinyRenderer第七课——描影

渲染管线：

• 顶点处理：处理单个顶点。
• 原始装配：连接顶点形成原体。
• 光栅化：将每个原体转换为一组片元。
• 片元处理：处理单个片元。
• 输出合并：将所有原体的片元（在三维空间中）合成显示的二维彩色像素。

片元与像素的区别：

像素是二维的点(x,y)且有颜色值，坐标与二维像素网格对齐。

片元是三维的(x,y,z)，x和y与二维像素网格对齐，z轴代表深度。在片元处理阶段会为片元分配颜色和透明度等参数，在输出合并阶段整合。

渲染管线中的顶点处理和片元处理阶段是可以程序编辑的。

Phong反射模型

模型表面光照 = 环境光 + 漫反射 + 高光

struct PhongShader : IShader {
    const Model &model;
    vec3 l;          // light direction in eye coordinates
    vec3 tri[3];     // triangle in eye coordinates

    PhongShader(const vec3 light, const Model &m) : model(m) {
        l = normalized((ModelView*vec4{light.x, light.y, light.z, 0.}).xyz()); // transform the light vector to view coordinates
    }

    virtual vec4 vertex(const int face, const int vert) {
        vec3 v = model.vert(face, vert);                          // current vertex in object coordinates
        vec4 gl_Position = ModelView * vec4{v.x, v.y, v.z, 1.};
        tri[vert] = gl_Position.xyz();                            // in eye coordinates
        return Perspective * gl_Position;                         // in clip coordinates
    }

    virtual std::pair<bool,TGAColor> fragment(const vec3 bar) const {
        TGAColor gl_FragColor = {255, 255, 255, 255};             // output color of the fragment
        //三角面法线
        vec3 n = normalized(cross(tri[1]-tri[0], tri[2]-tri[0])); // triangle normal in eye coordinates
        //反射向量， n * l 是l在n方向上的投影，2 * n * (n*l) = l + r 
        vec3 r = normalized(n * (n*l) * 2 - l);                   // reflected light direction
        //环境光
        double ambient = .3;                                      // ambient light intensity
        //漫反射
        double diff = std::max(0., n * l);                        // diffuse light intensity
        double e = 35;
        double spec = std::pow(std::max(r.z, 0.), e);            // specular intensity, note that the camera lies on the z-axis (in eye coordinates), therefore simple r.z, since (0,0,1)*(r.x, r.y, r.z) = r.z
        for (int channel : {0,1,2})
            gl_FragColor[channel] *= std::min(1., ambient + .4*diff + .9*spec);
            // gl_FragColor[channel] *= std::min(1., ambient + .75*diff);
        return {false, gl_FragColor};                             // do not discard the pixel
    }
};