摄像机
需要预先学习：
- 视图（摄像机）与投影
- 网格、材质与模型
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2026-08-29
Compute Shader
需要预先学习： 着色器 缓冲对象与顶点 帧缓冲 Compute Shader 简介 计算着色器（compute shader）是 OpenGL 4.3 引入的着色器阶段。与顶点、片元着色器不同，它不在渲染管线里——不处理顶点、不产生片元，而是直接执行通用计算（GPGPU，General-Purpose GPU computing，用 GPU 做非图形计算）。 普通管线是单向的数据流：顶点 → 光栅化 → 片元 → 帧缓冲，着色器只是管道上的加工站。计算着色器是一块独立的"通用计算单元"：你告诉它"开多少个线程、每个线程干什么"，它就并行执行，结果可以写进纹理、缓冲，供后续渲染使用，也可以被 CPU 读回做逻辑。 线程模型：工作组 计算着色器的执行模型分两级：一次调度（dispatch）启动若干个工作组（work group），每个工作组内又有若干调用（invocation，即线程）。 概念 说明 工作组 一次调度划分出的执行块，数量由调度参数决定 调用 工作组内的单个线程，数量由着色器内的 ...
2026-08-29
PBR
需要预先学习： Phong模型与Blinn-Phong模型 渲染方程与重要性采样 PBR 基于物理的渲染 Phong模型与Blinn-Phong模型 中的两个模型都是经验模型（empirical model）：用环境光、漫反射、高光三项拼凑出"看起来对"的结果，系数（shininess、ambientStrength）没有物理含义，换个光照环境就得重新调参。 PBR（Physically Based Rendering，基于物理的渲染）从物理规律出发建立反射模型：能量守恒、微表面反射、菲涅尔效应都被显式建模，材质参数直接对应真实世界的属性（金属度、粗糙度）。同一套参数在任何光照环境下都成立，这是 PBR 被游戏与影视工业广泛采用的原因。这篇笔记介绍渲染方程与 Cook-Torrance BRDF，并给出直接光照的 GLSL 实现。 渲染方程与 BRDF 辐射度量学速览 描述光的能量需要一套度量单位，辐射度量学（radiometry）提供这套语言： 物理量 符号 含义 单位 辐射通量 Φ\PhiΦ 单位时间通过的能...
2026-09-08
屏幕空间技术
需要预先学习： 帧缓冲 深度缓冲 前向渲染与延迟渲染 Bloom 什么是屏幕空间 前向渲染与延迟渲染 的光照 Pass 展示了一种新视角：不再遍历场景，而是对屏幕上每个像素从纹理里取数据做计算。把这种思路推广——所有输入只有"当前视角下已渲染的屏幕图像（颜色、深度、法线）"、所有计算都发生在全屏 pass 上的技术，统称屏幕空间（screen space）技术。 它与 全局光照与局部光照 的关系：环境光遮蔽、间接光、反射这些 GI 效果需要整条光路的信息，实时算不动；屏幕空间技术退而求其次——屏幕上看得见的部分，就是我能拿来用的全部： 真实 GI： 光线在完整场景中反弹（包括屏幕外、被遮挡的部分） 屏幕空间： 光线只在一层"屏幕贴片"上反弹（屏幕拍到的 2.5D 深度场） 代价与收益同样明确： 优点 缺点 输入只是几张全屏纹理，复杂度与场景规模无关 屏幕外的信息不存在：反射/AO 在物体进入屏幕的边缘消失 天然适配全屏 pass / compute shader，实现...
2026-08-29
伽马校正
需要预先学习： 纹理 着色器 为什么需要伽马校正 显示器是非线性的 伽马（gamma）问题源于一个物理事实：显示器的亮度响应不是线性的。CRT 时代的显像管，输入电压与输出亮度的关系近似幂函数 L=VγL = V^{\gamma}L=Vγ，γ≈2.2\gamma \approx 2.2γ≈2.2——输入电压翻倍，亮度远达不到两倍。LCD 虽原理不同，但为了兼容，也模拟这条曲线。 所以显示器上"0.5 的像素值"显示出来的物理亮度，只有"1.0 的像素值"的 0.52.2≈0.220.5^{2.2} \approx 0.220.52.2≈0.22，而不是一半。 人眼对暗部更敏感 人眼对暗部的亮度差异比亮部敏感得多——暗处稍微亮一点就能察觉，亮处变化却不易发现。利用这个特性，sRGB 编码（sRGB encoding）在存储颜色时给暗部分配更多精度：编码曲线近似 γ=1/2.2\gamma = 1/2.2γ=1/2.2 的幂函数，正好与显示器的 2.22.22.2 抵消。 于是图像文件（.png、.jpg 等）里存的不...
2026-08-29
ShadowMap与PCF、PCSS
需要预先学习： 阴影 ShadowMap 阴影 中讲过 ShadowMapping 的原理：把深度测试搬到光源位置再做一遍，用"光源视角记深度 + 摄像机视角比深度"的两遍框架判断片元是否被遮挡。这篇笔记把它落地成 OpenGL 代码，并在这个基础上实现 PCF 与 PCSS。 基本原理回顾 ShadowMapping 分两遍渲染： Pass 1：从光源渲染场景，只记深度。 平行光配正交投影，把场景画进一张深度贴图（depth map）——只写深度缓冲，不写颜色。深度贴图记录了从光源看过去每个方向上最近的表面距离。 Pass 2：从摄像机正常渲染场景。 着色时把片元变换到光源的观察空间，投影得到它对应的贴图坐标与深度，与贴图中记录的最近深度比较：片元更远，说明它前面有别的表面挡光，在阴影中。 // 伪代码：Pass 2 中的阴影判断 float d_frag = to_light_view(fragment.pos).z; // 片元在光源视角下的深度 float d_map = shadow_map.sample(uv); ...
2026-08-29
帧缓冲
需要预先学习： 缓冲对象与顶点 深度缓冲 帧缓冲（Framebuffer） 着色与渲染管线 的片元处理结束时，通过所有测试的片元会被写入帧缓冲（framebuffer）——渲染管线的最终目的地。默认情况下这个目的地是屏幕：窗口系统在创建窗口时自动配置好一块帧缓冲，渲染结果直接显示。帧缓冲对象（FBO，Framebuffer Object）允许你把渲染目标从屏幕换成自定义的纹理或缓冲，这是后处理、阴影贴图、环境光预计算等一切"渲染到纹理"技术的基础。这篇笔记介绍 FBO 的三种附件（颜色、深度、模板），并重点讲清片元何时写入附件。 默认帧缓冲 深度缓冲 中讲过，帧缓冲不是一个单独的缓冲，而是多块逐像素并列的存储的集合： 缓冲 存储内容 每个像素存什么 颜色缓冲（color buffer） 片元最终颜色 一个 RGBA 颜色值 深度缓冲（depth buffer） 当前最近的深度 一个深度值 模板缓冲（stencil buffer） 模板测试用的标记 一个整数 默认帧缓冲由窗口系统（Win32、X...
