Posted on 2009-03-10 22:40
林森(L.S.Winson) 阅读(1909)
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呵呵，既然都说了，是“我的第一个”。那自然就不会有太好的效率和表现，不过实现了基本功能，值得鼓励一下~。
PS：这属于扫盲帖，同时邀请牛们来点评下。
首先，介绍背景。。。
目前在一个游戏公司实习，培训的时候，有一个扩展练习，就是写一个3D渲染管线。
之前没写过这种东西，仅仅小用了一下OPENGL，搞了个旋转立方体以后，就因为自己混乱的坐标变换概念无法深入了。
现在算是基本实现出来了，马上就发觉了这东西的锻炼价值了，首先是包含的数学多，尤其线性代数，不理解的话很多东西都不能懂。其次，是计算量潜力很大，图形计算，随便一算就几百万几千万的，真要做得好，要优化效率，然后各种东西都来了，汇编啊，显卡啊之类的。
何为3D渲染管线呢，就是一个能把3D世界模型，转换成屏幕显示的这个东西。说“管线”，就是因为它一般是一种类似过滤器的实现方法，经过N步的转换过程，最终输出了屏幕像素信息。
OK，直入主题。
最基本的渲染过程一般包含这样几个步骤。 世界坐标变换、摄像机变换、透视变换、剪切、行扫描输出。
世界坐标变换：就是把3D世界中的各种物体，通过 缩放、旋转、平移 放置到一个指定的位置，这个过程一般都可以记录成文本或二进制格式，从而渲染管线可以方便地初始化好整个世界信息。
摄像机变换： 这个比较好理解，3D世界生成好了，那么人在哪里呢？ 我们总要有一个眼睛来看这个3D世界。这个眼睛的位置不同，所看到的东西也就不同。 这个摄像机变换，就把3D世界的物体坐标转换为眼睛看到的坐标。 例子：有个点在(1,1,1) 处，我的眼睛在(1,1,0)处，看着那个点。 那么这个时候，这个点就在我的正前方，它在我眼中的坐标就是(0,0,1)。
透视变换： 一般情况下，我们看东西都有一种近大远小的感觉，那么这个变换，就是为了制造出这种效果。比如说，我眼睛看到了两个点 (-1,0,0) 和(1,0,0) ，假如我们把这两个点都垂直于我们拿远一点，那么他们的摄像机坐标本来是变成(-1,0,1) (1,0,1)，但是由于透视效果，近大远小，我们实际看到的坐标会变成(-a,0,1) (a,0,1) ，这里 a < 1。
剪切： 这个也很好理解，我们看不到我们身后的东西，所以我们就不要去管它了，这样可以节省很多计算量，也可以使得计算的结果有一个确定的范围。实际的剪切变换中，还有近平面，远平面等参数，就是最近能看到多近，最远能看多远。
行扫描输出： 我们现在已经得到了一堆坐标，表示我们看到的世界是什么样子，现在就是要把这个坐标转换成图片了，3D世界中的所有东西都是由三角形组成，所以我们把这些三角型的每一个点的坐标都计算出来（在之前的处理中始终只保留其顶点）。然后根据X,Y坐标画到屏幕上，画的过程中还要判断哪个点在前面，哪个点在后面，在后面的点不能遮住前面的点。这里使用的一个技术叫Z-Buffer，用来记录某个X,Y坐标上离屏幕最近的点的Z坐标值。
大概就这么多先，发觉原来想把东西表达清楚还真不容易，代码过两天再贴，等把纹理和比较方便的世界模型定义脚本做好再说。而且，讲到具体的东西，需要比较透彻的线性代数理解，要表达好不容易，自己还要先理解理解。