解决光照限制：阴影、遮蔽与间接照明在扩展内容中的突破

"本文主要探讨的是基于经典论文《Microfacet Models for Refraction through Rough Surfaces》中提及的 Cook-Torrance 模型在计算机图形学中的应用，特别是针对扩展内容1中的几个关键知识点。首先，文章指出了当前固定渲染管线在处理阴影与遮蔽方面的局限性。由于每个fragment shader只能处理局部信息，它无法获取场景全局的光照和遮挡情况，这直接影响了渲染的真实感，如阴影处理的缺失会导致视觉上的不自然。为解决这个问题，渲染管线通常采用阴影映射技术，通过预先计算并存储光源视角下的深度信息，片段在着色时与之对比，判断是否处于阴影区域。 阴影映射可以分为平行光源和点光源两种情况。平行光源的阴影贴图是一张平面，而点光源则使用立方体贴图，以便在空间矢量采样时提供更好的环境信息抽象。此外，文章还提到了环境光遮蔽（AO）的概念，通过环境遮蔽贴图或屏幕空间抗锯齿技术（SSAO）来模拟物体表面被其他几何体遮挡的效果。 间接照明、反射和折射是光线交互的复杂部分。在传统的渲染流程中，由于缺乏全局信息，fragment shader难以计算间接照明。对于真实世界场景，尤其是光滑表面如金属或镜面，它们能够反射和折射周围环境的光线。为了实现这种效果，我们需要利用微表面模型，计算反射和折射的方向，比如使用斯涅耳定律确定折射路径，然后将接触到的第一个物体的颜色作为片段的最终颜色，这被称为“环境映射”。 然而，即使是完全镜面反射，仅依赖于直接光源的信息是不够的，因为镜面还会反射来自周围环境的光线。因此，考虑到间接照明在复杂材质表现中的重要性，如何在渲染引擎中处理这些交互是提高图像真实性的关键。本文深入剖析了在处理光线交互和场景光照时，如何通过扩展Cook-Torrance模型和相关技术来提升计算机图形渲染的准确性和真实性。"