10、增强表面细节的方法

增强表面细节的方法

1. 引言

在计算机图形学中，模拟具有不规则表面的物体是一项常见需求，例如橙子的凹凸表面、葡萄干的褶皱表面或月球的陨石坑表面。传统方法要么对整个不规则表面进行建模（这通常不切实际，因为可能需要大量顶点），要么将不规则表面的纹理贴图应用于物体的光滑版本。然而，当场景中有灯光且灯光或相机角度移动时，简单的纹理贴图会显得很不真实，因为纹理上的明暗区域不会像真实的凹凸表面那样变化。接下来将介绍几种利用光照效果使物体表面看起来更真实的方法，即使底层物体模型是光滑的。

2. 凹凸映射（Bump Mapping）

2.1 原理

在计算机图形学中，表面法线对于创建逼真的光照效果至关重要。像素处的光强度很大程度上取决于反射角，这需要考虑光源位置、相机位置和像素处的法线向量。因此，如果能找到生成对应凹凸或褶皱表面法线的方法，就可以避免为这些表面生成详细的顶点。

如下图所示，展示了对应单个“凸起”的修改法线的概念：

如果想让物体看起来有凸起、褶皱或陨石坑等，可以计算这些表面上应有的法线。当场景被光照亮时，光照会产生所需的错觉。这一概念最早由Blinn在1978年提出，并随着片段着色器中逐像素光照计算能力的出现而变得实用。

2.2 示例代码

以下是一个实现程序凹凸映射的顶点和片段着色器示例，它可以生成一个具有“高尔夫球”表面的圆环体：

顶点着色器