如何对 RGB 颜色应用平面着色？

Question

我正在创建一个小型 3d 渲染应用程序。我决定对我的三角形使用简单的平面着色 - 只需计算面法线和光源之间角度的余弦值，并用它来缩放光强度。

但我不确定应该如何将阴影系数应用到我的 RGB 颜色。

例如，假设某个表面与光源成 60 度角。 cos(60度) = 0.5，所以我应该只保留发射光的一半能量。

我可以通过该系数简单地缩放 RGB 值，如以下伪代码所示：

double shade = cos(angle(normal, lightDir))
Color out = new Color(in.r * shade, in.g * shade, in.b * shade)

但是即使在较小的角度下，生成的颜色也会变得太暗。经过一番思考，这似乎是合乎逻辑的——我们的眼睛感知到光能的对数（这就是为什么我们在明亮的白天和夜晚都能看到）。并且 RGB 值已经代表了对数刻度。

我的下一次尝试是利用 linear/logarithmic 洞察力。理论上：

output energy = lg(exp(input energy) * shade)

可以简化为：

output energy = lg(exp(input energy)) + lg(shade)
output energy = input energy + lg(shade)

所以这样的阴影只是将阴影系数（负数）的对数添加到 RGB 值：

double shade = lg(cos(angle(normal, lightDir)))
Color out = new Color(in.r + shade, in.g + shade, in.b + shade)

这似乎可行，但是否正确？在真实的渲染管线中是如何完成的？

Answer 1

颜色RGB向量乘以色度系数

您最初假设的余弦值。对数缩放由目标成像设备和人眼完成
如果您的颜色太深，可能的原因是：
- 余弦值或角度值被截断为整数
- 或者您的管道没有线性比例输出（一些伽玛校正可以做到这一点）
- 或者你在某个地方遇到了错误
- 或者您的角度和余弦使用不同的度量标准 (radians/degrees)
- 你忘了把环境光系数加到色度值上
- 你的向量是相反的或错误的（目视检查它们，看看第一个 link 如何）
- 你的向量不在同一个坐标系中（光通常在GCS中，法线向量在模型LCS中，所以你需要至少将其中一个转换到另一个的坐标系中）
cos(angle)本身通常不是用余弦计算的

当您将所有数据作为向量获取时，只需使用点积
```
double shade = dot(normal, lightDir)/(|normal|.|lightDir|)
```
如果向量是单位大小，那么你可以放弃按大小除法...这就是法向量和光向量被归一化的原因...
一些相关问题和笔记
- 这可能会启发一两件事（对于初学者）
- Normal/Bump mapping 查看片段着色器并搜索 dot
- 查看稍微复杂的照明方案
GCS/LCS意思是global/local坐标系

How to apply flat shading to RGB colors?