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[WebGL入门]二十四，补色着色
注：文章译自http://wgld.org/，原作者杉本雅広(doxas)，文章中如果有我的额外说明，我会加上［lufy：］，另外，鄙人webgl研究还不够深入，一些专业词语，如果翻译有误，欢迎大家指正。
本次的demo的运行结果
着色方法
高氏着色（gouraud shading）
高氏着色从名字上看，是比较难明白具体是什么样的着色的，这个高氏（gouraud）其实是以研究该着色的Henri Gouraud来命名的。
lufy:高氏着色又叫高洛德着色或高氏渲染（Gouraud Shading）：这是一种光影渲染技术也是目前较为流行的着色方法，它可对3D模型各顶点的颜色进行平滑、融合处理，将每个多边形上的每个点赋以一组色调值，同时将多边形着上较为顺滑的渐变色，使其外观具有更强烈的实时感和立体动感，不过其着色速度比平面着色慢得多但是效果要好得多。
高氏着色可以对多边形的顶点之间的颜色进行补间，高氏着色的计算负荷并不是太高，但是，可以实现很漂亮的渲染，所以经常被使用。
对顶点间的颜色进行补间是什么意思呢？
简单的说，用高氏着色计算得到的最终的颜色情报，适用于所有顶点，并且对顶点和顶点之间的颜色进行补间处理，最后渲染模型。
使用高氏着色，想用少量的顶点渲染漂亮的光照是很难的。比如说，一个最简单的三角形多边形，三维空间中只有这一个三角形，这个面就直接和光碰撞了。
放射性光源的时候（比如说灯泡），应该是三角形的中心就最亮，而顶点的部分要稍微暗一些，但是高氏着色只是在顶点之间进行颜色补间，所以无法凸显三角形中间的亮点。
另外，因为是根据每个顶点进行颜色补间，颜色变化的时候会出现锯齿。这个锯齿随着顶点数的增多而逐渐消失，但是这么做的话，高氏着色计算负荷小的优势就没有了，所以这是个难处理的地方。
细心的朋友可能会发现，这个网站中所有的demo，都是用的高氏着色。顶点着色器的光的强度和颜色的进行计算，然后只是将最终算出的颜色传给了片段着色器，这种根据每个顶点来计算颜色的方法就是高氏着色。
下面是证据，目前为止的demo中的颜色之间会存在锯齿，会有一些不太自然的镜面反射。
扩大之后看的话就比较清楚了吧，顶点数越少，这种现象就越明显。
补色着色(phong shading)
理解了高氏着色之后，接着看补色着色。
像刚才说的那样，相对高氏着色是对顶点之间的颜色进行补间处理，补色着色是对各个像素进行颜色的补间处理。也就是说，计算量会比高氏着色增大很多，但是可以将渲染出颜色的细节。
补色着色的名字跟高氏着色一样，都是以人名(Bui Tuong Phong)来命名的。使用补色着色的话，会克服高氏着色的弱点，即使顶点数少的时候也能得到很自然的效果。
因为补色着色是在像素之间对颜色进行补间，所以不会发生不自然的锯齿。下面是和高氏着色的渲染效果做比较。
完全是相同的顶点数，相同的光源渲染出的补色着色和高氏着色。左边是补色着色，无论阴影还是高亮的部分，都非常的漂亮和自然。
补色着色的封装
知道了高氏着色和补色着色两者之间的不同，那么就来看看补色着色的封装吧。补色着色就是刚才说的那样，在像素之间进行颜色的补间处理，那么目前为止的在顶点着色器中进行的光照处理，全部要交给片段着色器。具体的说，追加一个处理，顶点着色器中的顶点的法线情报用varying变量传给片段着色器，然后其他的光照处理全部移到片段着色器中。
首先看顶点着色器的代码。
>顶点着色器的代码
attribute vec3 position;
attribute vec3 normal;
attribute vec4 color;
uniform mat4 mvpMatrix;
varying vec3 vNormal;
varying vec4 vColor;
void main(void){
vNormal = normal;
vColor = color;
gl_Position = mvpMatrix * vec4(position, 1.0);
}和目前为止的代码不同，新定义了一个叫做vNormal的varying变量，用来将法线情报传给片段着色器。顶点的颜色情报和坐标变换矩阵等地方不用变。
接着是片段着色器。
>片段着色器代码
precision mediump float;
uniform mat4 invMatrix;
uniform vec3 lightDirection;
uniform vec3 eyeDirection;
uniform vec4 ambientColor;
varying vec3 vNormal;
varying vec4 vColor;
void main(void){
vec3 invLight = normalize(invMatrix * vec4(lightDirection, 0.0)).xyz;
vec3 invEye = normalize(invMatrix * vec4(eyeDirection, 0.0)).xyz;
vec3 halfLE = normalize(invLight + invEye);
float diffuse = clamp(dot(vNormal, invLight), 0.0, 1.0);
float specular = pow(clamp(dot(vNormal, halfLE), 0.0, 1.0), 50.0);
vec4 destColor = vColor * vec4(vec3(diffuse), 1.0) + vec4(vec3(specular), 1.0) + ambientColor;
gl_FragColor = destColor;
}逆矩阵，光向量，视线向量等一直以来都在顶点着色器中使用的数据，全都移动到片段着色器中来了。另外，利用刚才在顶点着色器中定义的varying变量vNormal进行了计算。计算的方法和以前一样，没有任何改变。就是说，只是把顶点着色器中的处理，放到了片段着色器中而已。
这次的变化，并没有添加新的uniform变量，也就是说，javascript部分基本上不用变。
简单的来说，高氏着色和补色着色的主要区别就在于，根据顶点处理还是根据像素处理，虽然这么说跟定义相比有些奇怪，但是这么理解的话也没什么错。
总结
这一次分别说了高氏着色和补色着色两种着色，高氏着色的优点是计算量比较低，而和补色着色相比的话，渲染效果不太自然。补色着色正好相反，计算量很高，但是渲染效果非常完美。
到底选择那种方法，取决于模型的顶点数和需要的渲染效果，以及执行环境能够承受的计算负荷。
实际应用中，根据利用的场景和描画的模型，分别使用不同的方法是非常重要的。
这次也准备了demo，急着看运行效果的人可以点击文章最后的链接来测试。
另外，补充一点，这次的demo中对圆环体的生成函数做了几处修改，返回值是以对象的形势返回的，可以指定圆环体的颜色了。其实，也并没有做什么其他特别的处理。
用补色着色来渲染的圆环体
http://wgld.org/s/sample_012/
转载请注明：转自lufy_legend的博客http://blog.csdn.net/lufy_legend
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