グーローシェーディング

グーローシェーディング（/ ɡ uː ˈ r oʊ / goo- ROH ）は、アンリ・グーローにちなんで名付けられた、コンピュータグラフィックスにおいてポリゴンメッシュで表現された表面の連続的なシェーディングを生成するために使用される補間法である。実際には、グーローシェーディングは、各三角形の角の照明を計算し、三角形で覆われた各ピクセルの結果の色を線形補間することにより、三角形メッシュの連続照明を実現するために最もよく使用される。グーローは1971年にこの手法を初めて発表した。 ^{[1] [2] [3]}しかし、優れたシェーディングモデルに対するハードウェアサポートが強化されたため、グーローシェーディングは現代のレンダリングではほとんど使われなくなった。

グーロー シェーディングは次のように機能します。ポリゴン 3D モデルの各頂点の表面法線の推定値は、各頂点に対して指定されるか、各頂点で交わるポリゴンの表面法線の平均化によって求められます。これらの推定値を使用して、反射モデル (例:フォン反射モデル)に基づく照明計算が実行され、頂点の色の強度が生成されます。ポリゴン メッシュで覆われた各画面ピクセルの色の強度は、頂点で計算された色の値から 補間できます。

グーロー シェーディングはフラット シェーディングよりも優れていると考えられており、フォン シェーディングよりも大幅に少ない処理で済みますが、通常はファセット シェーディングのような外観になります。

フォン シェーディングと比較すると、グーロー シェーディングの長所と短所は補間にあります。メッシュが画面空間で頂点の数よりも多くのピクセルをカバーする場合、頂点での高価な照明計算のサンプルから色の値を補間する方が、フォン シェーディングのようにピクセルごとに照明計算を実行するよりもプロセッサの負荷が低くなります。ただし、非常に局所的な照明効果 (リンゴの表面の反射光の輝きなどの鏡面ハイライトなど) は正しくレンダリングされず、ハイライトがポリゴンの中央にあるがポリゴンの頂点に広がっていない場合、グーロー レンダリングでは目立ちません。逆に、ポリゴンの頂点でハイライトが発生した場合、この頂点では正しくレンダリングされますが (照明モデルが適用されるのはここであるため)、補間方法によって隣接するすべてのポリゴンに不自然に広がります。

この問題は、モデルが回転するときに鏡面ハイライトがモデルの表面を滑らかに移動するレンダリングで簡単に見つかります。グーロー シェーディングでは、代わりにモデルの隣接部分で継続的にフェードインおよびフェードアウトするハイライトが生成され、意図した鏡面ハイライトがモデルの頂点と揃うと強度がピークに達します。この問題は、オブジェクト内の頂点の密度を上げることで解決できますが、ある時点でこのアプローチの収穫逓減により、より詳細なシェーディング モデルに切り替える方が有利になります。

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  グーローシェーディングされた球体のようなメッシュ - 鏡面ハイライトの動作が悪いことに注意してください。
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  ポリゴン数を増やしてレンダリングした別の球状メッシュ

Gouraud の元の論文では、線形色補間について説明しました。^{[1] 1992 年に Blinn は、線形補間に代わる遠近法補正として}GPUで使用される、双曲補間の効率的なアルゴリズム^[4]を発表しました。頂点からピクセルへの色の補間の線形および双曲型の両方のバリエーションは、一般に「Gouraud シェーディング」と呼ばれます。

強度の線形補間は導関数の不連続性を引き起こし、グーロー シェーディングの一般的な視覚的アーティファクト であるマッハ バンドを引き起こします。

• 一般的なシェーディングアルゴリズムのリスト
• ブリン・フォン反射モデル
• フォンシェーディング