参考课程：
https://www.bilibili.com/video/BV1X7411F744?p=7
https://www.bilibili.com/video/BV1X7411F744?p=8 第54分钟之前的部分
一、深度缓存的工作
对每一个像素作处理，存了两张图：
- frame buffer 渲染图
- depth buffer 深度图
for(each triangel T)
for(each sample (x,y,z) in T)
if(z < zbuffer[x,y])//closet sample so far
framebuffer[x,y] = rgb;//update color
zbuffer[x,y] = z;//update depth
else
;//do nothing,this sample is occluded
1.zbuffer深度缓存算法
只是在对每个像素求最小值，所以复杂度是O(n)
Q:有没有两个完全相同深度值？
A:解释是记录的是浮点数，不会有完全相同的
Q:如果考虑MSAA呢？
A:就不是对每个像素，而是每个采样点
Q:对透明物体怎么处理？
A：处理不了，需要特殊处理
二、shading 着色
着色(shading)不同于阴影(shadow)，着色不考虑其它物体的存在，没有阴影。阴影在其它地方处理。
三、Lambert模型(漫反射 diffuse reflection)
1.参考兰伯特余弦定理（Lambert）
假设有一块很小的区域dA。当法线向量n与光照向量L平行时，区域dA受到的光线照射最多。随着n和L之间的夹角θ逐渐增大，区域dA受到的光线照射量会越来越少 （因为很多光线都无法照射到dA表面上了）。
当θ>90º时，说明光线照射的是物体背面，此时我们应该将强度设置为0。兰伯特（Lambert）余弦定理给出了上述函数的定义：
f(θ) = max(cosθ,0) = max(L•n,0) 其中，L和n是单位向量。
在P7视频49分钟左右，闫大佬用了能量这个角度来解释，就像太阳能电路板一样，可以理解为平均单位面积接受到的能量变少了，注意是单位面积。
2.光照衰减
在上图中，球的表面积公式是4πR^2，根据能量守恒，在内圈单位1的地方是I，到了外圈就是I/ r^2
3.漫反射公式
其中kd可以理解为漫反射系数，吸收率，能量吸收系数。如果为1表示完全不吸收能量，是最亮的。如果为0，就是黑的，所有能量都被吸收了。这个系数又可以细分成RGB三个通道。
漫反射和观察方向没有关系(上面公式中，看不到v向量)。理想的漫反射表面把光线向所有方向均匀的散射,因此,这样的表面在所有观察者看来亮度都一样,理想的慢反射表面是如此粗糙,以至于向各个方向反射的光线强度都相等.
四、高光 specular highlights
1.Phong反射模型
Phong, Bui Tuong. "Illumination for computer generated pictures."Communications of the ACM 18.6 (1975): 311-317. Phong（风式）光照，图形学中最有影响力并被持续用到今天的光照模型之一，以纯几何方法简单有效地模拟了漫反射和高光。作者裴祥风在攻读博士期间完成此工作。当时已白血病晚期的他，以仅仅两年的时间攻读并获得了博士学位，并在毕业后获得斯坦福大学教职。裴祥风在拿到教职的第二年病逝（享年33岁）。
作者：Raymond Fei
链接：https://www.zhihu.com/question/361604494/answer/952054338
来源：知乎
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除了考虑漫反射中提到的光源到反射点的距离 r 之外，需要注意的是，观察方向在镜面反射时是很重要的，具体来说，只有当观察方向集中在反射方向周围很近的时候才能看见反射光
可以看出，此时模型其实已经非常接近真实效果了！那么Blinn-Phong反射模型是什么呢？它只是对phong模型计算反射方向与人眼观察方向角度的一个优化！
2.Blinn-Phong模型
扩展阅读：Blinn-Phong光照模型从定义到实现,一文就够了(1.5w字)
高光反射也称为镜面反射，若物体表面很光滑，当平行入射的光线射到这个物体表面时，仍会平行地向一个方向反射出来。
下图中一根入射光线l，照射在光滑的平面上，会沿着R方向反射，由于平面并非完全光滑，所以反射光的方向并非只有R一个点，而是R周边的一小块区域，只要眼睛(摄像机)在R附近都可以看得到，越靠近R反射光照强度越大。我们可以得出一条结论：高光反射和观察角度有关。
Blinn-Phong模型做了一个很聪明的事情，观察方向和镜面反射方向足够接近时，意味着法线方向和半程向量接近。
所谓半程向量，就是l和v的角平分线方向。这个向量很好求出，直接向量加法，再归一化即可。如下图：
现在计算就变得很简单了，要判断n和h足够接近，只要用点乘即可。
3.问题一
公式中的ks是镜面反射系数，这里没有像漫反射那样考虑能量吸收系数，这是因为这个模型将其简化掉了。
4.问题二
为什么要用半程向量判断，而不是直接判断R和v的角度呢。其实这样做就是Phong模型。Blinn-Phong模型相当于是一种改进，计算半程向量比计算反射向量R要容易许多。
5.问题三
公式右上角有个小写字母p，是做什么的？
向量夹角的余弦确实能体现两个向量是否足够接近，但是容忍度太高了。如果直接使用的话，就会生成一个范围超级大的高光，这样就不太合理。实现生活中看到的高光，应该是非常亮，集中在一个很小的区域。所以应该是两个向量离得稍微远一点，就算它们离开高光点了。所以就用了上图最右边的曲线，加了64次方。在实际应用中，p的值一般在100到200之间，大概就是3到5度之外，就看不到高光了。
五、环境光 ambient lighting
假设任何一个点接收的环境光都是相同的
相当于是一个常数
六、最终效果
七、着色频率 Shading Frequencies
1.Shade each triangle(flat shading)
2.Shade each vertex(Gouraud shading)
求出三角形每个顶点的法线，进行着色。三角形内部，使用差值算法着色。效果一般，如上图，右侧的橙球，已经看不到高光。
3.Shade each pixel(Phong shading)
求出三角形每个顶点的法线，逐个像素插值一个法线，对每个像素进行着色。
多说一点，这个Phong shading和之前的Phong 模型是两个概念，但都是同一个人提出的。
4.总结
这三种着色频率，并没有好坏之分。而是应该根据不同情况下去选择，如果一个模型本身足够复杂，有非常多的三角面，实际上用逐面着色就足够了。如下图对比：
在第一列往下，模型的面数越来越多，可以看出Flat shading已经和其它两种看不出差别。
5.如何求顶点的法线
利用顶点关联的所有面的法线，进行一个加权平均。
6.如何定义逐像素的法线
如果已知左右两侧的顶点法线，如果求出中间的逐像素法线，这个需要用到重心
插值，后面会介绍。另外，法线向量都是单位向量，不要忘记归一化。
八、图形管线
1.
先定义所有顶点，再定义它们之间的连接关系(triangle mesh)。这样分成两步后，只要把顶点投到屏幕上即可，连接关系在投影之后是不会变化的。
2.Shading同时发生在顶点和片元(也可以叫逐像素，后面不再区分)
这就是考虑不同的着色频率的结果，如果是顶点着色，则是发生在Vertex Processing，又做投影又做着色。如果是逐像素着色，自然要等到像素都产生，也就是Fragment Processing。
现有的可编程渲染管线，允许去定义着色。这两个位置写代码去定义，就是shader，对应着顶点着色器和片元着色器。shader每一个顶点，或每一个像素会执行一次，也就是通用的，不用每一个顶点每一个像素去写(GPU是并行的)。
3.Example GLSL fragment shader program
uniform sampler2D myTexture;
uniform vec3 lightDir;
varying vec2 uv;
varying vec3 norm;
void diffuseShader()
{
vec3 kd;
kd = texture2d(myTexture,uv);
kd *= clamp(dot(-lightDir,norm),0.0,1.0);
gl_fragColor = vec4(kd,1.0);
}
上面的代码就是glsl语言，可以参考上面讲到的漫反射：
clamp(dot(-lightDir,norm),0.0,1.0);这一句就对应了max(0,n.l)。下面从第一行开始看：uniform 定义了两个全局变量，一个纹理，一个光照方向。norm是差值出来的每一个像素法线。uv是用来帮助找到漫反射系数kd的，暂时不用深究。最后，返回给gl_fragColor。
有个问题就是，公式中的I/r^2去哪了呢？弹幕中有人回答，这个例子中没有光源颜色，只有从纹理采样的物体固有色。
然后就是推荐了一个网站，在网页上可以直接执行(如果看不到画面，换到chrome浏览器)：
http://shadertoy.com/view/ld3Gz2
