LearnOpenGL·二·光照·Gamma矫正、HDR、Bloom泛光

这是对learnopengl的简单笔记。原教程网址：learnopengl。原教程同时涉及图形学的基本理论与opengl API，本文更多关注API，而简化甚至省略了背后的图形学原理性内容。

Gamma矫正#

这是一种相当简单的技巧，但是能很显著的提高真实性。
我们所有计算是基于“物理”的（当然不是真的物理，只是希望更可能近似），我们算出来的颜色，算出来的结果，1就应该是1个单位的光强，0.4就应该是0.4的光强。我们希望显示屏如实地展示出我们算出来的颜色，但是并不能。
我们计算的值确实能完全控制硬件“发光”，1就射出1单位的光，0.5就射出0.5的光，这个确实是线性的。但光通过屏幕显示出来，就不是了：一般而言，显示屏显示的光亮和它背后发出来的真实光亮有一个幂函数的关系，也就是所谓的Gamma！
$L_{显示屏} = L_{计算}^\gamma$
一般情况下，这个Gamma是2.2，这几乎是一条行业规矩了。

上述所说，我们计算的结果、我们希望他如我们计算结果那般完全相等的显示的，可以称作“线性空间”（只是个名字，不是数学上的那个）。

也就是，我们眼睛之间看到的，其实是计算出来的颜色值的Gamma次幂！因为颜色是0~1的，所以人眼最后看到的色值偏小（不加Gamma矫正）。
而我们希望我们算出来这个颜色、在人眼看到也是这个颜色，所以需要进行Gamma矫正，很简单，只要在把数据传到屏幕上之前，先 ^1/Gamma就行了，这就是所谓Gamma矫正。
$L = L_{物理}^{\frac{1}{\gamma}}$
然后这个L传入屏幕，最终显示出来的颜色就对了。

具体做法是，在片段着色器的最后，

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

NOTE
对于Gamma矫正的解释，还有从人眼对不同亮度级的感知能力的角度来说。人眼对亮度值的敏感度不是线性的，而是先抖、后平的曲线，人眼对低亮度的变化更敏感。Gamma矫正的效果是一个幂小于1的幂函数，由于亮度（“定义域”）恰在0-1，这个幂函数其实就是人眼对亮度敏感度的简单模型，让结果更契合人眼。
也就是说，并非显示屏显示出来的不是线性亮度级，而是人眼对亮度级的感知不是线性的，所以我们要把线性亮度级变换为符合人眼的幂律关系。

SRGB空间#

一般设计师设计贴图等，看到的颜色直接是屏幕上显示的颜色，而最终保存的成果，是导致屏幕显示出设计师想要的颜色的那个“真实”颜色值——可以理解为，这个保存下来的值天然已经进行过Gamma矫正，如果再进行Gamma矫正、让屏幕忠实地显示出所保存纹理图案的真实色彩，反而失真了（因为设计师在设计的时候就是在失真的条件下设计的，他看到失真的效果是他想要的，那我们就不能修正这个失真）。

而这种天然经过Gamma矫正、我们不希望对他们进行Gamma矫正的，就是SRGB空间。大部分设计工作，都是在SRGB空间上进行的（设计师直接看屏幕的显示）。对于这些不需要Gamma矫正的纹理（大部分纹理图案等都是SRGB空间），OpenGL提供了硬件支持：

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

注意那个GL_SRGB参数。它相当于先把纹理色值转换到线性空间去了（就是认为的进行Gamma次幂计算，让颜色值真的变成设计师所看到的颜色值了）。然后就不用管他了，直接当成普通纹理用。

注意指定SRGB需要十分谨慎，一般指定颜色的贴图（如漫反射贴图等）都是SRGB，而和物理相关的，如法线贴图、置换贴图等，都是线性空间——但因为这些东西不是颜色，所以自然不应该Gamma矫正。

HDR#

先咕着。

Bloom#

总体原理时，先渲染一张图，然后选择这张图中的亮出（亮度大于某个阈值的像素），剔除掉不够亮的，这样就剩下够亮、要产生泛光的部分，然后使用金字塔降采样、升采样，让这部分模糊出去、“泛”出去，然后叠加回原图，营造泛光效果。

咕咕。