shader中顏色計算方式


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一、顏色計算

1. 加

這里要講講三原色和三基色:三原色一般指的是紅、綠、藍三種,簡稱 RGB,這是加色系。就是光源只含有特定的波段,本身就是色光,將不同顏色的光加在一起形成新的顏色。典型的例子是顯示屏,關系如下:

顯然,shader 中的顏色屬於加色系。當我們把顏色相加時,會形成新的顏色,並且顏色會往白色靠攏。顏色的混合規律符合三原色規律。

顏色相加是指光的疊加,物理上是光的強度相加。例如多個光源照射到一個表面後反射至攝像機,就可以把各個光照的反射結果相加。而題目中的例子是Phong或Blinn材質的反射模型,其意義可以算是一種擬合,把材質的反射分解成漫反射和鏡面反射,然後把兩種反射光的結果相加

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2. 乘

講完三原色,再講講三基色:一般指的是顏料三原色,在純白光照射下顏色為絳紅、黃、青,簡稱 CMYK,屬於減色系。它們本身不發光,靠反光被看見。由於材料吸收特定波段的光,所以只有不被吸收的部分反射了回來。加上的顏色越多吸收的光也越多。

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當我們使用乘法來做顏色混合時,其規律符合三基色的混合規律,這個時候又是減色系。

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兩個顏色相乘,會算出兩個顏色中 RGB 值的乘積並合成一個新的顏色。而且顏色總會越來越暗,回不到原來的白色。通常將顏色和一個值相乘,來弱化這個顏色。

 

顏色相乘,其實並不是數學中常見的矢量積,而應該理解為顏色的非等比縮放。例如,光通過有色玻璃時,玻璃吸收某百分比的紅、藍、綠,就可以把光的紅藍綠強度分別乘以對應的百分比。漫反射也可以理解成材質吸收了某百分比的入射光後向各方向反射。漫反射貼圖存的其實就是

對顏色為(1,1,1,1)的光的反射率。

3. 減

單純的顏色相減似乎沒有意義,不過通過1.0-color可以實現顏色的反相。

 

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4. 真正的顏色混合

在圖片或視頻濾鏡中,一般不會直接使用加減乘除來做顏色混合。而是使用 mix() 函數,它的公式是:x*(1−a)+y*a,其實也是顏色相加,但是算上了一定的比重。這樣不會因為一個白色的顏色和其他顏色相加后只有白色,現實世界中也不是這樣的。

 

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mix()可以做單通道或多通道的融合:

 

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①. 簡單的顏色漸變

回到上面的案例,通過加法來表示重疊區域:

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通過 mix() 來混合兩個顏色的過渡:

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為什么加法和mix()得到的過渡顏色不一樣?各位可以思考一下。

②. 復雜的顏色漸變

為 rgb 三個通道賦以不同的函數變化曲線。plot 是封裝好的畫線函數,以xy二維笛卡爾坐標系做曲線的繪制,pct 表示x軸的變化速率,當x是線性變化時,曲線為直線。當x是非線性變化時,會有不一樣的曲線,從而導致漸變色的多樣變化:

 

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