汽车喷漆效果的实现原理

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晃晃

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设计实习生

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电梯直达

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发表于 2011-9-8 08:16:33 |只看该作者 |倒序浏览

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。

完整的HLSL像素着色器代码如下：

s***ct 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 RGBE

envMap.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;

finalColor.a = 1.0;

finalColor.rgb = envMap * fEnvContribution + paintColor;

return finalColor;

}
此代码所使用的算法,经验更大于真实的物理属性,所以需要不断得调整常数值,

来使最终得到一个满意的效果.