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a shader course from https://juejin.cn/book/7267462574734573604

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1. 技术平台与语言选择：我们聚焦于WebGL平台，这是一种允许在网页浏览器中进行硬件加速3D图形渲染的技术。在此基础上，我们学习了GLSL（OpenGL Shading Language），这是用于编写WebGL着色器的专用编程语言。

2. WebGL渲染管线理解：WebGL的渲染流程主要包括几个核心步骤：顶点着色器处理顶点数据，进行位置变换等操作；随后是图元装配，将顶点组合成线、三角形等基本图元；接着是光栅化过程，将图元转换为屏幕上的像素；最后，片元着色器决定每个像素的最终颜色。作为程序员，我们直接编程控制的是顶点着色器和片元着色器。

3. Shader开发环境：学习和编写Shader代码可以通过在线网站或本地编辑器进行。在线平台提供了便捷性，而编辑器则通常需要安装额外的插件来支持Shader语言特性，如语法高亮、实时预览和代码格式化等功能，以提升开发效率。

4. Shader基础结构：在GLSL中，片元着色器（Fragment Shader）的核心函数是mainImage()（或更通用的main()），它接收两个主要参数：fragColor用于输出像素颜色，fragCoord提供了像素在屏幕上的坐标。通过操作这些参数，我们可以实现丰富的视觉效果。

5. 颜色输出与坐标处理：我们了解到如何通过定义vec类型的变量并赋值给fragColor来输出颜色，颜色值需在0到1之间归一化。此外，掌握根据像素坐标（fragCoord）来动态计算颜色是Shader编程的核心技能，这使得我们可以根据屏幕位置创造出各种各样的视觉图案。

这段总结标志着Shader编程学习的初步探索，随着学习的深入，我们将进一步探索更高级的着色技术、纹理映射、光照模型、以及复杂的动画和交互效果，开启更为丰富多彩的视觉创作之旅。

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GLSL（OpenGL Shading Language）是专为图形处理器（GPU）设计的一种高级着色语言，以下是其基础知识的概览：

1. 变量定义与初始化:

   • 变量定义遵循 变量类型 变量名 = 值; 的格式。
   • 标量类型包括 float（浮点数）、int（整数）、bool（布尔值）。
   • 向量类型如 vec2, vec3, vec4 分别代表二维至四维向量。
   • 矩阵类型如 mat2, mat3, mat4 用于二维至四维矩阵操作。
   • 向量分量可通过.访问，如 vec3 pos; 中的 pos.x 访问x分量。
   • 结构体 struct 可封装多个变量为单一变量。
   • 支持变量的先声明后赋值。

2. 运算符与表达式:

   • 包括基本的算术(+, -, *, /)、赋值(+=)、比较(>, <, ==)、逻辑(&&, ||, !)运算符。

3. 函数:

   • 支持函数定义与调用，需明确参数和返回值类型。

4. 控制流程:

   • 提供标准的控制结构，如 if 条件判断和 for 循环。

5. 变量限定符:

   • 使用限定符指定变量存储和使用特性，例如 uniform 表示全局且不可更改的变量，const 表示常量。

6. 宏定义:

   • 支持预处理宏指令，格式为 #define 宏名 宏值，实现编译时文本替换。

综上，GLSL不仅涵盖了基础的数据类型和运算逻辑，还具备高级编程特性，如函数封装、控制流程和宏定义，为开发者在GPU上实现复杂图形和着色效果提供了灵活的工具集。接下来的学习将深入探讨如何利用GLSL进行Shader图形绘画。

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关于图形学中使用UV坐标进行着色和图形绘制的摘要

1. UV坐标转换与图形绘制:

   • UV坐标是将屏幕空间或纹理坐标系映射到特定范围（通常是[0,1]区间内）的坐标，便于纹理贴图和图形绘制。
   • 利用归一化的UV坐标，可以通过各种数学运算绘制不同的图形，如圆形，通过计算UV点到中心的距离，并应用smoothstep函数实现边缘平滑。

2. 图形效果调整:

   • smoothstep函数不仅用于圆形绘制，还能调整图形边缘模糊度，实现柔和过渡效果。
   • 反比例函数可以创造发光效果，增加视觉吸引力。

3. SDF（Signed Distance Function）技术:

   • SDF是一种表示图形距离场的方法，可以高效地绘制图形并实现布尔运算。
   • SDF图形可通过opRound实现边缘圆滑（圆角效果）和opOnion实现图形镂空效果。
   • 布尔运算（并集、交集、差集）在SDF中用于组合图形，创造复杂设计，包括平滑布尔运算以优化边缘连接。

4. 图形变换与混合:

   • UV坐标可以通过基本的数学运算（如加减乘除、负值、矩阵乘法）进行平移、缩放、翻转和旋转等变换。
   • 使用fract函数可以创建重复图案，abs函数实现镜像效果。
   • mix函数作为混合工具，能够帮助创建渐变色、为图形上色，以及实现形状之间的平滑过渡。

5. 高级技巧:

   • 利用周期性函数如fract和sin，可以绘制出具有重复图案的效果。
   • 极坐标系统特别适用于圆形或环状图案的绘制。

6. UV绘画的重要性:

   • UV绘画在Shader编程中占据核心地位，熟练掌握可大幅增强视觉效果创作能力，使开发者成为Shader设计高手。

这些概念和技术，是图形编程和Shader开发中的基础而强大的工具，适用于创建丰富多样的视觉效果和交互体验。

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本文要点概括如下：

1. 纹理引入方法：Shader程序可通过多种方式集成纹理，选择最合适的方法依据具体需求而定。
2. 纹理采样展示：GLSL中的texture函数用于从纹理中进行采样，并将结果显示在屏幕上。
3. 纹理扭曲技术：通过调整纹理坐标UV来实现纹理形状的扭曲，常运用sin等数学函数计算扭曲坐标，创造动态效果。
4. 可视化调试工具：Graphtoy作为可视化调试工具，能够帮助开发者直观地调试Shader函数，提高效率。
5. 转场效果实现：转场效果基于2张纹理的混合，借助mix函数控制，利用用户交互（如鼠标位置）的progress变量调节转场进度。自定义遮罩可塑造转场的独特形态。
6. 置换转场特效：进一步应用纹理来改变另一纹理的UV坐标，实现创新的置换转场效果。
7. 纹理的重要性与创意空间：纹理在Shader编程中占据核心地位，提供了丰富的创意可能。鼓励积极探索，发掘更多新颖应用。

总之，纹理处理在Shader编程中极为关键，通过灵活运用各种技术和工具，能创造出丰富多样的视觉效果，激发无限创意潜力。

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本文要点总结如下：

1. 随机函数（Random）：作为一种实现随机性的方法，随机函数能够生成带有噪点的视觉效果。它为图形增添不可预测的元素，适用于创造多样性和非规律性的视觉表现。

2. 噪声（Noise）：与随机函数类似，噪声也被用来实现随机效果，但其产生的结果更为自然和平滑。通过在规则图形上叠加噪声，可以使图形呈现出有机的、不规则的外观，模仿自然界中的复杂细节。

3. 分形布朗运动（Fractional Brownian Motion, FBM）：这是一种高级的随机过程，通过组合多个不同频率和振幅的噪声层来生成更为复杂的纹理。FBM特别适合于模拟自然界中的景象，如山脉地形、云朵或是火焰等，其层次感和细节丰富度远超单一噪声应用。利用FBM，可以创造出逼真的“消融”或渐变效果，为视觉效果增添深度和真实感。

4. 随机性的重要性：在Shader编程中，随机性是创造独特和吸引人视觉效果的关键工具。无论是制造自然景观、模拟物理现象还是设计创意视觉特效，合理运用随机函数、噪声和分形技术都能极大地提升作品的艺术感和技术水平，使最终成果更加生动和引人入胜。掌握并巧妙运用这些随机化技巧，是提升Shader效果魅力和真实度的重要手段。

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总结一下，文中提及了几种滤镜的实现原理：

1. 染色滤镜：通过将图像的每个像素颜色与一个指定的颜色值进行乘法运算，改变图像的整体色调，实现染色效果。

2. RGB位移滤镜：对图像的红、绿、蓝三个颜色通道的UV坐标进行独立偏移，然后从原始图像中重新采样对应位置的颜色值，组合后形成新的色彩效果，产生位移扭曲的视觉感受。

3. 膨胀滤镜：通过对UV坐标进行非线性变换，通常是基于距离的放大（使用pow函数），实现图像边缘向外扩张或通过计算距离的倒数实现内缩效果，以此达到图像膨胀或收缩的视觉效果。

4. 像素化滤镜：利用floor函数将图像的UV坐标量化，使连续的颜色区域变成离散的色块，模拟低分辨率或像素艺术风格。

5. 晕影滤镜：通过创建一个基于图像中心的径向渐变遮罩，并使用smoothstep函数平滑过渡边缘，为图像添加四周逐渐变暗的效果，营造出自然的阴影或聚焦中心的视觉感受。

每种滤镜都有其独特魅力，适合不同的应用场景和创意表达。对于喜好，虽然作为AI我没有个人偏好，但理解到用户追求的是能使图像变得更加吸引人、独特的效果，而这正是各种滤镜存在的意义——它们各自以不同的方式增强了图像的表现力和艺术感。

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本文概述了使用three和kokomi进行3D开发的关键技术和概念：

1. 快速搭建3D世界：结合three的库功能与kokomi的辅助工具，开发者能够高效地创建和定制3D环境。

2. 网格（Mesh）组件：构成3D模型的基本单元，由几何体（Geometry）描述形状结构，材质（Material）定义外观。ShaderMaterial允许自定义着色逻辑，增强视觉表现力。

3. 变量传递机制：通过varying关键字，可以在顶点着色器与片元着色器之间共享数据，实现复杂的效果过渡。

4. kokomi的UniformInjector：此工具简化了将Shadertoy中的uniform变量集成到自定义three材质的过程，提升了开发效率。

5. 顶点扭曲与噪声函数：直接操作顶点位置如position变量，可以实现模型变形或动画效果。引入噪声函数为扭曲效果增加自然随机性。

6. 粒子系统（Points）应用：作为three中的对象类型，用于创造大量微小图形，如粒子、星星等。通过调整gl_PointSize控制粒子尺寸，并利用材质属性增强视觉效果。

7. 自定义几何体（BufferGeometry）：通过创建Float32Array和BufferAttribute，可以细致控制顶点、纹理坐标等几何数据，实现个性化形状设计。

8. 着色器核心作用：顶点着色器与片元着色器是Shader编程的基础，共同决定了3D模型的形状与外观。掌握它们，开发者能够解锁丰富的视觉创意，制作出复杂的3D图形和动画。

综上所述，文章强调了利用现代WebGL库和技术进行3D开发的灵活性与创造性，特别是通过自定义着色和几何处理，能够实现高度定制化的视觉体验。

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本文主要阐述了计算机图形学中光照技术的基本概念与几种重要的光照模型。要点总结如下：

1. Shader与着色本质：Shader的核心功能在于计算物体表面亮度，实现方法基于光照模型，旨在模拟光线与物体表面交互效果。

2. 冯氏光照模型：作为基本光照模型，它综合考虑了环境光（提供基础亮度）、漫反射（模拟光线均匀散射）和镜面反射（高光效果），构成物体表面光照的基础计算框架。

3. Blinn-Phong光照模型：这是对冯氏模型的优化，通过修改镜面反射计算方式提高效率和真实感，成为更常用的光照模型选择。

4. IBL（Image-Based Lighting）镜面反射：该技术利用环境贴图来实现物体表面的环境反射效果，使得反射更加自然，能够展示周围环境的倒影。

5. 菲涅尔反射：用于模拟物体边缘因视角变化而产生的亮度变化现象，通过菲涅尔近似公式计算，增强画面的真实感和细节表现。

6. 法向量处理：直接使用法向量可能会遇到光照不自然的问题，因此需要采取措施如法线贴图或修正算法来优化表面光照效果。

7. 光照模型的应用价值：深入理解并灵活运用光照模型，开发者能创造出更为逼真和丰富的图形效果，这对于提升视觉体验和艺术表现力至关重要。

综上所述，光照模型是计算机图形渲染中的关键组成部分，通过对不同模型的学习和应用，可以极大地提升图形的真实感和视觉质量。

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Ray Marching技术是一种强大的视觉渲染方法，它允许在二维平面上通过算法迭代模拟出三维空间的错觉和深度。这一技术的核心优势在于其高效性和灵活性，特别是在实时渲染和创意表达领域。以下是构建Ray Marching场景的关键流程和要素：

1. UV坐标调整：首先，将屏幕上的像素坐标转换为归一化UV坐标，并进行适当的缩放与平移，确保坐标适配于渲染视图。

2. 光线初始化与方向计算：确定相机位置，依据UV坐标计算每像素的观察向量（即光线的方向），为光线追踪建立基础。

3. SDF（Signed Distance Function）构建：设计一系列SDF函数来定义场景中的三维形状。这些函数能够计算空间中任意点到最近形状表面的距离，是Ray Marching的核心组件。

4. 光线步进与碰撞检测：沿光线方向逐步前进，并通过SDF函数检测是否与任何形状表面相交，记录最短距离和碰撞点。

5. 法向量计算：在碰撞点处计算表面法向量，这对于光照计算至关重要，影响最终渲染的明暗与质感表现。

6. 光照应用：采用如环境光、漫反射、镜面反射和软阴影等光照模型，结合SDF布尔运算实现形状的混合和细节层次，增强场景的真实感和复杂性。

7. 材质区分：通过在map函数中添加材质标识，可以区分不同物体的表面属性，为不同部分分配不同的材质和颜色，丰富视觉效果。

8. 软阴影计算：利用softshadow函数模拟光线被遮挡时产生的渐变阴影效果，增加场景的立体感和真实度。

9. 抗锯齿技术：通过超级采样（Super Sampling）技术，对每个像素进行多次渲染，每次以微小偏移量改变UV坐标，然后将结果合并以平滑边缘，减少锯齿现象。

综上所述，Ray Marching不仅是一种创造3D世界的高效技术，也凭借其对SDF的灵活运用和对光照、材质的精细处理，成为了一种新颖的图形设计和艺术表达手段。