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蛋哥的学习笔记之-基于Unity的Shader编程:0-2 基本3D图形渲染管线概述(蛋哥的日常)

编辑:rootadmin
一、要干些啥:今天主要概括和整理下基本的3D图形渲染管线,说白了就是让大家了解一下,我们是如何通过给定的一堆数据:视点(相机)、3D模型、光源、光照模型、纹理和渲染方式等,进行一系列计算,最终在屏幕上生成看起来有&#;真3D视觉体验的2D图形的。因为图形学相关的流程和算法非常繁多而且复杂(起码对于老衲这样的小白来说很复杂),所以本章只是概述性的介绍一下,如果你对此非常感兴趣,可以进一步阅读《计算机图形学》一书,并且参考图形学相关各种文章哈。 PS:今天写的都是一些理论性的东西,看起来会很枯燥,但是这些理论就像楼房的地基一样,如果不熟悉的话,将来就算能完成shader相关功能,那也一定非常低效。(曾经一位大牛对老衲意味深长的如是说 - -!) 二、3D渲染管线:(下面内容主要节选和概括自《GPU编程与CG语言之阳春白雪下里巴人》第页 第2章:GPU图形绘制管线) 我们可以将图形渲染管线划分为三个阶段:应用程序阶段、几何阶段、光栅阶段,如下图:(因为老衲的visio今天没装好,所以只好用书上英文的图,没办法自己画中文的,以后不会了哈,抱歉,嘻嘻~~~么么哒)

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1、应用程序阶段:(上图中,中间橙色条以上的部分)

使用高级编程语言(如C/C&#;&#;、JAVA、C#等)进行开发,主要和CPU、内存打交道,进行比如碰撞检测。场景建立、场景管理、视锥裁剪等算法的处理;

2、几何阶段:(上图中,橙色部分)

主要负责顶点坐标变换、光照、裁剪、投影以及屏幕映射计算,该阶段是基于GPU运算,最终会得到变换和投影后的顶点坐标、颜色和纹理坐标;蛋哥的学习笔记之-基于Unity的Shader编程:0-2 基本3D图形渲染管线概述(蛋哥的日常)

a、物体坐标系(object coordinates)正如其名,该坐标系中定义了模型独立的各顶点信息,它与大场景中的其它模型没有任何参照关系,比如在MAX或者MAYA里编辑模型一样。^@^b、世界坐标系(world coordinates)世界坐标系中会定义一个统一的原点,和各坐标分量(x、y、z轴),然后将各模型通过平移,旋转、缩放变换到世界坐标系中,比如在unity编辑器中编辑场景。光照通常会在世界坐标系中计算,当然也可以再视景坐标系中运算。(其实老衲一直觉得既然使用的是局部光照,在视景坐标系下效率肯定高很多啊,但是书上是这么写的,有待讨论,不过如果是全局光照的话,肯定要放在世界坐标系运算的)c、视景坐标系(eye coordinates)所谓视景坐标系,就是以摄像机为坐标原点,由摄像机方向,视角和远近平面所构成的一个梯形体的三围空间,来确定摄像机能“看”到哪些模型,需要剔除哪些模型的渲染来提高性能(剔除的过程称之为裁剪,详细的裁剪算法可以进一步阅读《计算机图形学》或者《3d游戏编程大师技巧》一书)。d、屏幕坐标系(project and clip coordinates)所有变化和裁剪后的模型,最终会经过透视投影,最终运算出屏幕分辨率大小的2D图形。(详细的透视投影算法可以进一步阅读《计算机图形学》或者《3D游戏编程大师技巧》一书)3、光栅阶段:(上图中,橙色以下部分)光栅化阶段主要进行决定哪些像素被集合图元覆盖的过程,其运算可以概括为两个步奏:a、确定形状和绘制范围:首先我们经过各种变换和运算所得到的点坐标都是浮点数,而屏幕坐标都是整数,我们只能选取最接近的点;其次,根据2个点我们需要绘制直线,通常直线通过DDA算法、Bresenham算法来实现;(详细的算法可以进一步阅读《计算机图形学》或者《3D游戏编程大师技巧》一书)最后,绘制区域图元的算法通常有扫描线多边形填充算法、边界填充算法等。(详细的算法可以进一步阅读《计算机图形学》或者《3D游戏编程大师技巧》一书)b、Pixel Operation在更新帧缓存之前,执行最后一些列针对每个片段的操作,其目的是计算出每个像素的颜色:

1:消除这当面;

2:纹理操作,也就是根据像素的纹理坐标,查询对应的纹理&#;;

3:Blending:混色,也就是根据已画好的颜色,进行Alpha混合,通常用作透明处理;

4:Filtering:对最后处理的颜色使用某种滤镜后输出,即使用一系列数学运算,生成新的颜色。

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