在计算机图形学和三维设计中，有几个容易混淆的概念。今天我们来一举拿下。
概念整理
| 英文 | 中文 | 本质 | 释义 |
|---|---|---|---|
| Material | 材质 | 数据集 | 表现物体对光的交互，供渲染器读取的数据集，包括贴图纹理、光照算法等 |
| Texture mapping | 纹理贴图 | 图像映射规则 | 把存储在内存里的位图，通过 UV 坐标映射到渲染物体的表面 |
| Shading | 底纹、阴影 | 光影效果 | 根据表面法线、光照、视角等计算得出的光照结果 |
| Shader | 着色器 | 程序 | 编写显卡渲染画面的算法来即时演算生成贴图的程序 |
| GLSL | 程序语言 | OpenGL 着色语言 |
可以这么总结：
Material 是表现 Shading 的数据集。其他几个概念都是生成这一数据集的资源或者工具。
这么多概念，无非是为了完成一个共同目标：用计算机表现真实可信的 Shading。
Shading 是真实世界中的光影效果，它是由物体表面材质、灯光、观察者的视角等多种因素共同决定的。要实现计算机的模拟生成，是一个非常复杂的过程。不过它的原理大概可以简化为一个函数：
Intensity = Material (Light, Eye)
也就是说，光影的强度，是由 a.照在材质上的光 b.视线 共同决定的。
如何制造 Shading 效果？
万物看起来不尽相同，它们有各自的材质和纹理。
纹理（Texture）是什么？
Texture is pattern or image applied to a surface to change its color, shininess or just about any other part of its appearance. —— Texture introduction - Udacity
纹理就是一段有规律、可重复的图像。利用纹理，我们可以非常取巧地让三维物体看起来更真实。
方法一：贴上皮肤
贴图可以说是最简单的材质方法：
- 选定物体表面的某些区域
- 更改这个区域的一些属性(如颜色、反光度、透明度等)
那么 UV Mapping 又是什么？跟 Texture Mapping 有什么区别呢？
可以这么理解，Texture Mapping 是目标，把材质用一种规则映射到物体表面。而 UV Mapping 就是映射的规则。在这个规则中，给三维体每一个顶点增加两个值 U 和 V，它们记录了三维表面和二维表面的坐标对应关系：
via Texture UVs
有了映射关系，我们就可以分门别类地把影响光照的不同参数，都通过图片映射到三维几何体上。这些参数包括：
-
Diffuse Map 漫反射：模拟一个发光物对物体的方向性影响(Directional Impact)。它是光照模型中最显著的组成部分
image -
Specular/Reflection Map 镜面：模拟有光泽物体上面出现的亮点，它的颜色更接近光而不是物体的颜色
image -
Normal/Bump Map 法线：决定物体形状的垂直于它的法线向量，提供有关物体表面深度的细节。每一种颜色代表了不同的轴向，看起来类似这样：
image Displacement Map 位移：使用高度图将经过纹理化的表面的实际几何点位置，沿着表面法线根据保存在纹理中的数值进行移位。相比法线，位移贴图更多用于大规模的地形材质，包括悬崖、岩石等
Ambient Map 环境
Gloss/Roughness Map 光泽
方法二：长出皮肤
贴上皮肤的方法虽好，但是局限也很明显。如果没有合适的图像，或者要创建真实世界中罕见的材质，皮肤就不好找了。这个时候需要让程序帮忙「生长」出新的皮肤。
我们把这种程序叫做 Shaders。
如果你还记得，Shading 是始终如一的终极目标，那么应该就能明白为什么实现这个目标的程序叫做 Shaders 了。
它实际上是一个程序片段、一系列的指令，可以将三维 Mesh(网格)以指定方式与颜色、贴图等组合，完成复杂的计算输出（渲染器可读取的点和颜色的对应关系），会对屏幕上的每个像素同时下达命令。也就是说，代码必须根据像素在屏幕上的不同位置执行不同的操作。就像活字印刷，你的程序就像一个 function（函数），输入位置信息，输出颜色信息，当它编译完之后会以相当快的速度运行。
为什么 Shaders 运行特别快？因为它们常常运行在专门为并行处理（parallel processing）而设计的 GPU 上面。
最后一个问题，用什么来写 shaders 程序呢？答案是 OpenGL 着色器语言 (GLSL) 。GLSL 是用类 C 语言写成的，它为图形计算量身定制，包含一些针对向量和矩阵操作的有用特性。
好了，今天涉及到的概念实在太多了。希望对大家进入三维世界玩耍有所帮助。
Ref
- 光照基础 - LearnOpenGL-CN
- 交互式 3D 图形 - Udacity
- 贴图、纹理、材质的区别是什么？ - 知乎
- 【Shader科普】贴图、纹理、材质的区别-腾讯游戏学院
- What are the different texture maps for? | Poliigon Help Center
- 法线贴图 - LearnOpenGL-CN
- 位移贴图 - Wikiwand
- A Gentle Introduction to Shaders - Unity
- GLSL - Wikiwand
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