Posted on 2009-03-10 22:40
林森(L.S.Winson) 閱讀(1937)
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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。