总览

在这次编程任务中，我们会进一步模拟现代图形技术。我们在代码中添加了 Object Loader(用于加载三维模型)，Vertex Shader 与 Fragment Shader，并且支持了纹理映射。

代码框架

在本次实验中，你需要修改如下函数：

1. rasterize_triangle(const Triangle& t) in rasterizer.cpp：在此处实现与作业 2 类似的插值算法，实现法向量、颜色、纹理颜色的插值。
2. get_projection_matrix() in main.cpp：将你自己在之前的实验中实现的投影矩阵填到此处，此时你可以运行 ./Rasterizer output.png normal 来观察法向量实现结果。
3. phong_fragment_shader() in main.cpp：实现 Blinn-Phong 模型计算 Fragment Color。
4. texture_fragment_shader() in main.cpp：在实现 Blinn-Phong 的基础上，将纹理颜色视为公式中的 kd，实现 Texture Shading Fragment Shader。
5. bump_fragment_shader() in main.cpp：在实现 Blinn-Phong 的基础上，仔细阅读该函数中的注释，实现 Bump mapping。
6. displacement_fragment_shader() in main.cpp：在实现 Bump mapping 的基础上，实现 displacement mapping。

相比上次实验，我们对框架进行了如下修改：

• 我们引入了一个第三方 .obj 文件加载库来读取更加复杂的模型文件，这部分库文件在 OBJ_Loader.h。你无需详细理解它的工作原理，只需知道这个库将会传递给我们一个被命名被 TriangleList 的 Vector，其中每个三角形都有对应的点法向量与纹理坐标。此外，与模型相关的纹理也将被一同加载。注意：如果你想尝试加载其他模型，你目前只能手动修改模型路径。
• 我们引入了一个新的 Texture 类以从图片生成纹理，并且提供了查找纹理颜色的接口：Vector3f getColor(float u, float v)。
• 我们创建了 Shader.hpp 头文件并定义了 fragment_shader_payload，其中包括了 Fragment Shader 可能用到的参数。目前 main.cpp 中有三个 FragmentShader，其中 fragment_shader 是按照法向量上色的样例 Shader，其余两个将由你来实现。
• 主渲染流水线开始于 rasterizer::draw(std::vector<Triangle> &TriangleList).我们再次进行一系列变换，这些变换一般由 Vertex Shader 完成。在此之后，我们调用函数 rasterize_triangle。
• rasterize_triangle 函数与你在作业 2 中实现的内容相似。不同之处在于被设定的数值将不再是常数，而是按照 Barycentric Coordinates 对法向量、颜色、纹理颜色与底纹颜色 (Shading Colors) 进行插值。回忆我们上次为了计算 z value 而提供的 [alpha, beta, gamma]，这次你将需要将其应用在其他参数的插值上。你需要做的是计算插值后的颜色，并将 Fragment Shader 计算得到的颜色写入 framebuffer，这要求你首先使用插值得到的结果设置 fragment shader payload，并调用 fragment shader 得到计算结果。

拓展

• 尝试更多模型：找到其他可用的.obj 文件，提交渲染结果并把模型保存在 /models 目录下。这些模型也应该包含 Vertex Normal 信息。
• 双线性纹理插值：使用双线性插值进行纹理采样, 在 Texture 类中实现一个新方法 Vector3f getColorBilinear(float u, float v) 并通过 fragment shader 调用它。为了使双线性插值的效果更加明显，你应该考虑选择更小的纹理图。请同时提交纹理插值与双线性纹理插值的结果，并进行比较。