（自用）learnOpenGL学习总结-高级光照-blinn-phong and Gamma矫正

blinn-phong

先说结果，blinn-phong和phong的区别是什么？

Blinn-Phong与冯氏模型唯一的区别就是，Blinn-Phong测量的是法线与半程向量之间的夹角，而冯氏模型测量的是观察方向与反射向量间的夹角。

在之前我们计算视角能看到多少漫反射、镜面反射等多少的时候，会通过计算viewdir和反射dir的点乘来得到多少。但是有一个问题就是，当我视角和光源方向在一侧的时候，会导致点乘的结果为0，也就是黑的。这于我们常识相悖。

所以为了解决这个问题，采用半程向量更好。

不过还有一点区别就是，两种的夹角不是一致。

也就是说为了弥补上差距，需要把反光度调到2-4倍。

gamma矫正

什么是gamma

我们计算完场景的颜色之后就要显示出来，但是是通过电脑屏幕来显示。而电脑屏幕有一个特性，是通过输入的电压大小来产生亮度变化的。但是，两倍的电压不会产生两倍的亮度。而是2.2倍的指数变化。（crt设备）。

因为人眼看到颜色的亮度更倾向于顶部的灰阶，监视器使用的也是一种指数关系（电压的2.2次幂），所以物理亮度通过监视器能够被映射到顶部的非线性亮度；因此看起来效果不错（译注：CRT亮度是是电压的2.2次幂而人眼相当于2次幂，因此CRT这个缺陷正好能满足人的需要）。

监视器的这个非线性映射的确可以让亮度在我们眼中看起来更好，但当渲染图像时，会产生一个问题：我们在应用中配置的亮度和颜色是基于监视器所看到的，这样所有的配置实际上是非线性的亮度/颜色配置。请看下图：

点线代表线性颜色/亮度值（译注：这表示的是理想状态，Gamma为1），实线代表监视器显示的颜色。

如果我们把一个点线线性的颜色翻一倍，结果就是这个值的两倍。比如，光的颜色向量L¯=(0.5,0.0,0.0)代表的是暗红色。如果我们在线性空间中把它翻倍，就会变成(1.0,0.0,0.0)就像你在图中看到的那样。变成了亮红色

然而，当我们把L ‾= ( 0.5 , 0.0 , 0.0 )显示在显示器上时，我们从图里看，会觉得它显示出了( 0.218 , 0.0 , 0.0 ) ，然而我们需要的是( 1.0 , 0.0 , 0.0 ) 。

在这儿问题就出现了：当我们将理想中直线上的那个暗红色翻一倍时，在监视器上实际上需要翻了4.5倍以上才有一样的效果

但是我们实际上是工作在显示器的输出空间上的，所以我们配置的所有颜色和光照变量从物理角度来看都是不正确的，显示器很少显示正确。

出于这个原因，我们（以及艺术家）通常会将光照值设置得比本来更亮一些（因为监视器会将其亮度显示的更暗一些），如果不是这样，在线性空间里计算出来的光照就会不正确。

会发现gamma矫正还是很重要的

那么改怎么做呢？

最通用的思路是把每个颜色的输出都加上翻转的gamma曲线，这样就会变成线性的了。

举个例子：暗红色（0.5，0，0）在输出到屏幕之前先应用gamma矫正曲线，就会变成（0.73，0，0）然后发给屏幕之后会自动的加上2.2次幂又回到了（0.5，0，0）。

应用gamma矫正的方式

1.在opengl中建立sRGB帧缓冲。在像素着色器中就行gamma矫正

开启GL_FRAMEBUFFER_SRGB，可以告诉OpenGL每个后续的绘制命令里，在颜色储存到颜色缓冲之前先校正sRGB颜色。

sRGB这个颜色空间大致对应于gamma2.2，它也是家用设备的一个标准。

开启GL_FRAMEBUFFER_SRGB以后，每次像素着色器运行后续帧缓冲，OpenGL将自动执行gamma校正，包括默认帧缓冲。

开启GL_FRAMEBUFFER_SRGB简单的调用glEnable就行

但是要知道的是，这一步要在最后才能进行，因为是把线性的颜色变成非线性（这是为了抵消设备带来的影响）

如果我们在最后输出之前就进行gamma校正，所有的后续操作都是在操作不正确的颜色值。

例如，如果我们使用多个帧缓冲，我们会希望这样：

让两个帧缓冲之间传递的中间结果仍然保持线性空间颜色，只是给发送给监视器的最后的那个帧缓冲应用gamma校正。

2.修改着色器

我们可以自己在片段着色器最后输出fragcolor的时候进行gamma矫正

cpp 复制代码

void main()
{
    // do super fancy lighting 
    [...]
    // apply gamma correction
    float gamma = 2.2;
    fragColor.rgb = pow(fragColor.rgb, vec3(1.0/gamma));
}

我们也可以在最后的最后，也就是帧缓冲时后处理。fbo

注意点

1.纹理

有一个要注意的点就是我们看到的图片、纹理都是屏幕上的，经过2.2次幂处理过的结果，所以我们如果要处理这些图片时需要考虑到。

在我们应用gamma校正之前，这不是个问题，因为纹理在sRGB空间创建和展示，同样我们还是在sRGB空间中使用，从而不必gamma校正纹理显示也没问题。

然而，现在我们是把所有东西都放在线性空间中展示的，纹理颜色就会变坏，如下图展示的那样：

纹理图像实在太亮了，发生这种情况是因为，它们实际上进行了两次gamma校正！

想一想，当我们基于监视器上看到的情况创建一个图像，我们就已经对颜色值进行了gamma校正，所以再次显示在监视器上就没错。

由于我们在渲染中又进行了一次gamma校正，图片就实在太亮了。

那么该如何解决呢？

就是重新矫正，在拿到这些sRGB纹理的时候就是变回线性空间，

cpp 复制代码

float gamma = 2.2;
vec3 diffuseColor = pow(texture(diffuse, texCoords).rgb, vec3(gamma));

不过opengl中有函数来帮我们做这些事情。

在创建纹理的时候，我们可以直接设定纹理是什么格式。

glTexImage2D(GL_TEXTURE_2D, 0, GL_SRGB, width, height, 0, GL_RGB, GL_UNSIGNED_BYTE, image);

这样就会自动把纹理颜色矫正的线性空间中了。

不过要注意的是：漫反射纹理基本都是sRGB的，但是镜面贴图和法线贴图基本都是线性空间中的。

2.衰减

真实世界中的衰减是与距离的平方成反比。

但是我们用平方的时候会发现效果太强了，所以会有之前的那种衰减方程。我们也可以使用双曲线函数，也就是与距离成反比。

总而言之，gamma校正使你可以在线性空间中进行操作。因为线性空间更符合物理世界，大多数物理公式现在都可以获得较好效果，比如真实的光的衰减。你的光照越真实，使用gamma校正获得漂亮的效果就越容易。这也正是为什么当引进gamma校正时，建议只去调整光照参数的原因。