范例一：dot(N,L)的色階問題

各光照模型都存在dot(N,L)一項?？扇绻阍诘凸鈴妶鼍?，大平面上去看這個計算結(jié)果，基本上都能看到“階梯狀”的不平滑：

如果不相信我說的，那可以看一下我在shaderToy上展示的范例，最簡單的dot(N,L)：

https://www.shadertoy.com/view/NldfRl

在部分手機和電腦屏幕中，即能看到色階，全屏shader后會比較明顯。（在我的手機上，由于屏幕電路板內(nèi)置抖動算法，所以不明顯）。

根本原因是我們的物理屏幕在2022年還達不到RGB24（即R8,G8,B8,也就是2^8=256色或256^3=16,777,216色）以上的顏色精度（甚至大部分硬件屏幕不嚴(yán)格滿足，許多低端硬件因為只有10來位色，所以為了緩解色階問題，在電路中內(nèi)置抖動算法）。

階段總結(jié)：

只要是細(xì)膩的顏色變化，就會在當(dāng)代屏幕上產(chǎn)生色階，這是數(shù)據(jù)精度>顯示精度 造成的。

聲明：

為什么我要說這是“光照模型”的缺陷呢？明明是硬件問題。因為任何一個光照模型總歸會產(chǎn)生數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)總歸要量化，今天有256色問題，明天就會有512色問題。我認(rèn)為計算機渲染學(xué)科應(yīng)當(dāng)將處理手段——噪聲抖動，加入到光照模型中，使得學(xué)習(xí)者能從一開始避免掉這些問題，因為“光照模型”本身就是一個非常經(jīng)驗化的東西。

范例二：GGX高光的跨階問題

在使用procedural normal map的時候，我發(fā)現(xiàn)對于高光部分，只要normalMap對法線稍微“過分”的偏轉(zhuǎn)，從非正面看的時候，就會有明顯的"切割感"。對于diffuse比較亮的材質(zhì)，不明顯；當(dāng)diffuse項貢獻低，specular高的時候，這種切割感變得無法接受：

甚至不需要看這種復(fù)雜材質(zhì)，只要讓N = normalize（N+0.1*T）就行了，從-T方向的側(cè)邊看去，就會有嚴(yán)重的分割感：

實際上跟到PBR_GGX的公式里看的時候，這個現(xiàn)象是“合理”的。有兩種情況的黑色

1. “黑色”部分就是該金屬的diffuse部分，由于眼睛沒有正對著光線反射方向，所以沒有高光，基本全黑，參考鏡子。

2. normalMap“過分”調(diào)偏了N，使得dot(N,V)<=0或者過分小，代入PBR公式變黑，并且邊緣power特別明顯，帶上顏色后基本只能看到硬硬的分界直線。傳統(tǒng)光照模型中不存在dot(N,V)項，并且多用H，所以這個現(xiàn)象不明顯?？梢灶惐仍赨nity中把NormalMap的強度過分增強，結(jié)果往往是變黑變臟。

對于情況2，可以適當(dāng)調(diào)節(jié)normalMap的強度。可是對于情況1，可以參考圖金1的藍(lán)色勾和叉部分，其實都是正常的，但是叉部分看著就是比勾部分生硬得多。

怎么解決呢？參考范例一中的噪聲抖動，往金屬上撒上噪聲，也就是N加上噪聲，減弱色階問題，加強整體聯(lián)系感：

這個黑色“跨階”問題大不大，其實很大程度上取決于你的大腦主觀意識，一但你接受了“它是鏡子正常黑”這一正確觀點，其實就完全感覺不出來問題；反之，就會總覺得有怪黑色像壞了的normalMap。類似以前很火的裙子黑金還是白藍(lán)問題。

我下面上3張動視角圖，讀者可以自行去感覺這個黑色問題:

如果單看圖g3，并去掉噪聲（于是黑金的邊緣便十分硬），也許你會覺得這個黑色區(qū)域十分不合理。

看到這，不知讀者是否贊同我的觀點，噪聲抖動應(yīng)該加到光照模型里面，或者至少應(yīng)該成為我們學(xué)習(xí)圖形學(xué)的必經(jīng)之路，但可惜國內(nèi)學(xué)習(xí)路徑里很少看到談它。