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我的第一個3D渲染管線

Posted on 2009-03-10 22:40 林森(L.S.Winson) 閱讀(1964) 評論(6)  編輯 收藏 引用
   呵呵,既然都說了,是“我的第一個”。那自然就不會有太好的效率和表現,不過實現了基本功能,值得鼓勵一下~。
        PS:這屬于掃盲帖,同時邀請牛們來點評下。

        首先,介紹背景。。。
        目前在一個游戲公司實習,培訓的時候,有一個擴展練習,就是寫一個3D渲染管線。
        之前沒寫過這種東西,僅僅小用了一下OPENGL,搞了個旋轉立方體以后,就因為自己混亂的坐標變換概念無法深入了。
        現在算是基本實現出來了,馬上就發覺了這東西的鍛煉價值了,首先是包含的數學多,尤其線性代數,不理解的話很多東西都不能懂。其次,是計算量潛力很大,圖形計算,隨便一算就幾百萬幾千萬的,真要做得好,要優化效率,然后各種東西都來了,匯編啊,顯卡啊之類的。
        何為3D渲染管線呢,就是一個能把3D世界模型,轉換成屏幕顯示的這個東西。說“管線”,就是因為它一般是一種類似過濾器的實現方法,經過N步的轉換過程,最終輸出了屏幕像素信息。
        
        OK,直入主題。
        最基本的渲染過程一般包含這樣幾個步驟。 世界坐標變換、攝像機變換、透視變換、剪切、行掃描輸出。

        世界坐標變換:就是把3D世界中的各種物體,通過 縮放、旋轉、平移 放置到一個指定的位置,這個過程一般都可以記錄成文本或二進制格式,從而渲染管線可以方便地初始化好整個世界信息。

        攝像機變換: 這個比較好理解,3D世界生成好了,那么人在哪里呢? 我們總要有一個眼睛來看這個3D世界。這個眼睛的位置不同,所看到的東西也就不同。 這個攝像機變換,就把3D世界的物體坐標轉換為眼睛看到的坐標。  例子:有個點在(1,1,1) 處,我的眼睛在(1,1,0)處,看著那個點。 那么這個時候,這個點就在我的正前方,它在我眼中的坐標就是(0,0,1)。

        透視變換: 一般情況下,我們看東西都有一種近大遠小的感覺,那么這個變換,就是為了制造出這種效果。比如說,我眼睛看到了兩個點 (-1,0,0) 和(1,0,0) ,假如我們把這兩個點都垂直于我們拿遠一點,那么他們的攝像機坐標本來是變成(-1,0,1) (1,0,1),但是由于透視效果,近大遠小,我們實際看到的坐標會變成(-a,0,1) (a,0,1)  ,這里 a < 1。

        剪切: 這個也很好理解,我們看不到我們身后的東西,所以我們就不要去管它了,這樣可以節省很多計算量,也可以使得計算的結果有一個確定的范圍。實際的剪切變換中,還有近平面,遠平面等參數,就是最近能看到多近,最遠能看多遠。

        行掃描輸出: 我們現在已經得到了一堆坐標,表示我們看到的世界是什么樣子,現在就是要把這個坐標轉換成圖片了,3D世界中的所有東西都是由三角形組成,所以我們把這些三角型的每一個點的坐標都計算出來(在之前的處理中始終只保留其頂點)。然后根據X,Y坐標畫到屏幕上,畫的過程中還要判斷哪個點在前面,哪個點在后面,在后面的點不能遮住前面的點。這里使用的一個技術叫Z-Buffer,用來記錄某個X,Y坐標上離屏幕最近的點的Z坐標值。

        大概就這么多先,發覺原來想把東西表達清楚還真不容易,代碼過兩天再貼,等把紋理和比較方便的世界模型定義腳本做好再說。而且,講到具體的東西,需要比較透徹的線性代數理解,要表達好不容易,自己還要先理解理解。

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2009-03-11 09:16 by kuafoo
繼續 正想學習下游戲編程的 可是數學差 很多東西看不下去

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2009-03-11 14:28 by 亨德列克

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2009-07-02 17:10 by waterpg
寫得不錯,我也正想學習游戲編程,希望能對整個渲染管線了解得透徹一點~~

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2009-12-24 10:05 by ruf
我大二都做過了這樣的事情,什么公司這么牛B要求實習生做這個?值得留下來,這樣的公司!

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2009-12-24 10:07 by ruf
看來我也該show出兩年多前的東西來。。哈哈~

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2009-12-24 22:45 by L.S.Winson
@ruf
哈哈~~Show吧Show吧,對渲染的行當了解不多啊~~~
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