flat著色和Gourand著色

若渲染速度并不重要，我們可以逐像素地計算光照和霧化。（對于光照，這項技術稱作Phong著色模型----不要和鏡面反射的Phong模型混淆。）然而這樣做計算量過于巨大，所以我們折中并減少計算的頻率。有兩個選擇：逐多邊形或逐頂點計算，這兩項技術分別稱作flat著色和Gourand著色。

使用flat著色，對整個三角形只計算一次光照值。通常計算光照的位置為三角形中心，表面法向量為三角形法向量。如圖15.17所示，使用flat著色，物體由多邊形構成的本質表露無遺，沒有任何光澤可言。

Gourand著色，又稱作頂點著色或插值著色。在頂點級計算光照和霧，然后這些值被線性插值用于整個多邊形面，圖15.18是和圖15.17同樣的茶壺，但采用Gourand著色。

顯然，Gourand著色在保持物體的光滑性上做的較好。當被模擬的值本來就是線性時，Gourand著色能得到很好的效果。問題在于如果這些值不是線性變化，比如鏡面高光。比較Gourand著色茶壺的高光部分和Phong著色茶壺的高光部分，如圖15.19所示。Phong著色中，除去幾何不連續的把手、壺嘴部分，高光的連續性很好，而Gourand著色中，由其高光面甚至可辨出各個小面元的分布。

線性插值的基本問題是內插值不可能大于較大的頂點值，所以高光只能在頂點出現，充分細化可解決這一問題。盡管有著自身的局限性，Gourand著色仍是現今硬件最常用的方法。

緩存

渲染涉及大量的緩存，這里緩存只是一個簡單的存有像素數據的矩形內存塊，最重要緩存是幀緩存和深度緩存。

幀緩存存儲每個像素的色彩，即渲染后的圖像。色彩可能有多種格式，但就當前的討論來說，不考慮格式的差異。幀緩存常常在顯存中，顯卡不斷讀取該內存，并將二進制數據轉化為CRT接收的合適信號。所謂雙緩存技術，是為了防止圖像在未完全渲染好之前就被顯示。此時實際上使用了兩個幀緩存，一個緩存存放當前顯示的圖像，另一個離線緩存存放正在渲染的圖像。

一旦渲染完成并準備好顯示即切換緩存，有兩種方式：

（1）如使用頁切換技術，則命令顯示卡開始從離線緩存讀取數據，接著對調兩個緩存的角色，現在的顯示緩存變為離線緩存。

（2）也可以將離線緩存復制到顯示緩存。

圖15.20顯示了雙緩存的情況：

另一個用于渲染的重要緩存是深度緩存----也稱作z-buffer。深度緩存不存儲像素的顏色，而代之以像素的深度信息。存入緩存的深度信息有多種不同的變體，但它們基本上都反映物體到攝像機的距離。實踐中通常保存的都是裁剪空間的z坐標，這就是z-buffer名稱的由來。

深度緩存一般用于計算物體之間的遮擋，當光柵化三角形時，計算各像素的插值深度。在渲染像素之前，將這個深度值和深度緩存中該像素的深度值比較，如果新的深度比現有值離攝像機更遠，則新的像素被丟棄；否則像素顏色被寫到幀緩存，并用新的更近的值更新深度緩存。在開始進行新的渲染之前，記得要置z-buffer各值為無限遠（在裁剪空間中，這個值為1.0），這樣第一批像素才能通過深度測試，一般不對z-buffer設置雙緩存。

紋理映射

物體外觀不僅僅限于形狀，不同物體的表面有著不同的顏色和圖案，一個簡單而有效的實現這種特性的方法是使用紋理映射。

紋理圖是一個鋪在物體表面上的位圖，使用紋理圖可以在"texel"（一個texel是紋理圖中的一個像素）級別控制顏色，這優于在頂點或三角形級別控制物體顏色，也許你已經經過紋理映射的實例，不過還請看看下面的例子，它展示了紋理的強大威力。圖15.21展示了一個紋理映射前和后的3D人物模型"Rayne"。

紋理圖不過是一個貼在模型表面的位圖，它是如何把整個物體包起來的？實際上，有多種不同方法，可以將網格用紋理圖包起來。平面映射線性地將紋理投射于三角網，球形映射、柱形映射和立方體映射則有不同的投射方式，這里每項技術的細節并不重要，因為建模軟件如3D Studio Max會處理它們。無論位圖如何放置，每個頂點都要賦給一個紋理映射坐標，也就是位圖上的2D笛卡爾坐標，通常稱它們為u、v，以防止和渲染坐標x、y混淆。紋理映射通常按照位圖尺寸單位化為[0, 1]之間的值，如圖15.22，給出了圖15.21模型中的一個紋理。

此紋理圖為Rayne的頭部所用，包圍在頭部的一半，從鼻子到后腦中線。藝術家特意使她的尺寸合適于模型，頭部的另一半使用同樣的紋理，一個鏡像。

注意紋理不一定要連續地包圍幾何體。因為每個三角形都能獨立映射，紋理的不同部分可以任意映射到物體的不同部分。比如上圖中左上角的牙齒就是這樣：Rayne有毒牙，嘴張開時可以看見。當然如果不使用連續映射，且紋理映射坐標存儲在頂點級，紋理交界處對應的頂點坐標是雙份的。注意這里對紋理使用了原點在左上角的坐標系，這類似于硬件訪問的方式，更具學術性的文獻則使用左下角為坐標原點。

如前所述，各頂點都有一個紋理的u、v坐標。用這種方式，紋理被釘在三角網上，要渲染三角形中的某個像素，可以先插值計算其u、v坐標（類似于Gourand著色），然后讀取對應的紋理值。