汽车喷漆效果的实现.doc

汽车喷漆效果的实现图1:双色调,悬浮微鳞片轿车油漆在Direct3D实时象素着色器的效果。给汽车身体喷漆是一个复杂的过程，车身油漆是昂贵分层形式,往往包含染料层，搪瓷金属箔悬浮层.由于这些接二连三油漆表面层,展示出了一种复杂的光学交互，使车看起来平滑，光泽。这了使用的汽车模型的多边形较少，但是引入了高精度的法线贴图（访问 /developer/ 可以获得更多关于法线贴图生成工具的信息），由于像素着色器应用在光滑变化的表面（如车盖），每通道16位的法线贴图是比较适合的。法线贴图解压缩像素着色器中做的第一步就是法线贴图解压缩。因为法线是储存在表面的局部坐标系（也叫做切线空间），我们可以假设法线的z分量是正值。这样，我们能够将x,y分量存在纹理的两个16位的通道中，从而z通过在像素着色器中通过公式 +sqrt(1 x2 y2 ) 算出。这样它相对于传统的8-8-8-8的法线贴图，就给了我们更高的精度，但是只占用同样的内存。图2:双色调,微鳞片,后视镜上的效果图.基础颜色通过上述的法线解压过程，并和当前几何表面的法线合成计算后，我们产生了法线(N),还有一个高频率归一化的噪声图(Nn),它是在表面反复重复着。这两个法线用来计算两扰动法线，用来模拟汽车的双色调和内部微鳞片层。噪声图如下图:图3:金属微片,悬浮层，搪瓷层、染料层和表层散射效果.这些法线，Ns 和 Nss 计算方法如下:公式1，2系数a,b,c,d是像素着色器的固定输入常数，它决定了扰动法线的分布。这些摄幅度平均宽度决定在该地区的微型片状随时可见。两个法线都与视向量点乘来作为下列多项式的参数，它决定了基础颜色和微鳞片层的强度系数。公式3多项式的前三项执行了两个色调中的混合。第四项添加了一个额外层：微鳞片层。常数c0,c1,c2对应于基础颜色层，c3对应于微鳞片层。亮漆层渲染得最后一步就是渲染一个亮漆层，即反射一个环境贴图。环境贴图显示如下:完整的HLSL像素着色器代码如下： struct PsInput float2 Tex : TEXCOORD0; float3 Tangent : TEXCOORD1; float3 Binormal : TEXCOORD2; float3 Normal : TEXCOORD3; float3 View : TEXCOORD4; float3 SparkleTex : TEXCOORD5; ; float4 main(PsInput i) : COLOR / 取得当前的法线图float3 vNormal = tex2D( normalMap, i.Tex ); / 缩放和偏移让其在-1.0, 1.0区域内: vNormal = 2.0f * vNormal - 1.0f; / 获得高频率扰动的法线，通过查询一个噪声图。 float3 vFlakesNormal = tex2D(microflakeNMap, i.SparkleTex); / 别忘了转换到 -1.0, 1.0 区域内: vFlakesNormal = 2 * vFlakesNormal - 1.0; / 计算以下公式/ Np1 = ( a * Np + b * N ) / | a * Np + b * N | where a b / float3 vNp1 = microflakePerturbationA * vFlakesNormal + normalPerturbation * vNormal ; / 计算以下公式/ Np2 = ( c * Np + d * N ) / | c * Np + d * N | where c = d float3 vNp2 = microflakePerturbation * ( vFlakesNormal + vNormal ) ; / 因为需要与法线点乘求夹角，所以我们必须将它归一化一下float3 vView = normalize( View ); / 把表面法线转换好世界空间中来，计算bump map的方法。float3x3 mTangentToWorld = transpose( float3x3( Tangent, Binormal, Normal ) ); float3 vNormalWorld = normalize( mul( mTangentToWorld, vNormal ); / 计算夹角余玄float fNdotV = saturate(dot( vNormalWorld, vView); / 计算出反射向量float3 vReflection = 2 * vNormalWorld * fNdotV - vView; / 我们需要一个gloss值来读环境图，在真实的demo中，反射效果会有轻微的模糊。float fEnvBias = glossLevel; / 用反射向量采样环境图。float4 envMap = texCUBEbias( showroomMap, float4( vReflection, fEnvBias ) ); /乘以亮度值，在a通道中储存 RGBEenvMap.rgb = envMap.rgb * envMap.a; / 再乘以一个亮度系数envMap.rgb *= brightnessFactor; / 将切线空间中的法线变换到世界坐标中来.float3 vNp1World = normalize( mul( mTangentToWorld, vNp1) ); / 法线和视线点乘,得到斐涅尔系数float fFresnel1 = saturate( dot( vNp1World, vView ); / 将第二个法线也同样重切线空间中变换到世界坐标中来.float3 vNp2World = normalize( mul( mTangentToWorld, vNp2 ); / 同样的方法得到第二个斐涅尔系数.float fFresnel2 = saturate( dot( vNp2World, vView ); / 开始合成所有层了./ 根据公式三float fFresnel1Sq = fFresnel1 * fFresnel1; float4 paintColor = fFresnel1 * paintColor0 + fFresnel1Sq * paintColorMid + fFresnel1Sq * fFresnel1Sq * paintColor2 + pow( fFresnel2, 16 ) * flakeLayerColor; / 最后与反射的环境贴图合成在一起,形成最终的结果.float fEnvContribution = 1.0 - 0.5 * fNdotV; float4 finalColor;