3D图形


可以写一个函数从A到B画一条线。、3D图形
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2D屏幕上不可能有XYZ立体坐标轴,所以图形算法负责把3D坐标拍平显示到2D屏幕上,这叫3D投影。
所由点从3D转成2D后,我们可以用2D线段的函数,来连接这些点,这叫线框渲染。

3D投影

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如果旋转方块。
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电脑也只这样3D转2D,只不过用了大量数学
3D投影有好几种,你现在看到的是正交投影
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在真实的3D世界平行线段会在远处收敛于一点
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这叫透视投影,过程类似,只是数学稍有不同。
在3D图形学中,我们叫三角形“多边形”(Polygons)
看看这多边形组成的漂亮茶壶
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一堆多边形集合叫网格。网格约细,表面越光滑,细节越多,但意味着更多计算量。
游戏设计者要平衡角色的真实度和多边形数量,如果数量过多帧率会下降,用户会觉得卡。因此有算法来简化网格。
之所以用三角形而不用其他形状,是因为他的简单性
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而且只有一个,而4个或4个点就不一定了。

线框渲染

线框渲染虽然酷炫,但3d图像需要填充
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扫描算法先找到3个点
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然后算法从上到下一次处理一行,计算每一行和多边形相交的两个点
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扫描线算法会填充两个相交点之间的像素。
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当然这样三角形比较丑,边缘都是锯齿,当像素小时候,就不那么明显了。

抗锯齿

一种减轻锯齿的方法叫抗锯齿(antialiasing)
与其每个像素都涂成一样的颜色,可以判断多边形切过像素的程度,来调整颜色 。
如果像素在多边形内部就直接涂颜色
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抗锯齿被广泛使用,比如字体和图标
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遮挡

3d场景中,多边形到处可见,但只有一部分可以看见,因为其他的被挡住了,这叫遮挡。

排序算法

最直接的处理办法使用排序算法。
从远到近排列,然后从远到近渲染,这也叫画家算法,因为画家也是先画背景
看这个例子,有三个重叠的多边形
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三个多边形都和屏幕平行
但在实际应用中,多边形可能是倾斜的
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画家算法第一件事就是从远到近排序。
现在有序了,我们可以用扫描算法填充多边形,一次填一个。
先填充最远的A,再填充B,最后填充C
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深度缓冲

简而言之,z-buffering算法会记录,场景中每个像素和摄像机的距离,在内存里存一个数字矩阵。
首先每个像素的距离被初始化为无限大,然后z-buffering从列表的一个多边形开始处理,也就是A,他和扫描线算法类似,但不是给像素填充颜色。
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它会记录更低的值
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不仅可以勘测到线的交叉点,还可以知道某像素是否在最终场景中可见,如果不可见,扫描算法会跳过那个部分
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比如AB都是20,多边形会在内存中移来移去,访问顺序会不断变化,另外计算浮点数有舍入误差,所以那个在上面是不可预测的

平面着色

想象一个光源,然后控制像素着色3D图形
不幸是多边形边界非常明显,看起来不光滑,因此开发更多算法,比如高洛德算法和冯氏着色。

纹理

纹理在图形学中指外观,而不是手感。
纹理有很多算法,最简单的是纹理映射,为了理解概念,回到三角形。
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可以看看内存内纹理图像决定像素用什么颜色
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为了做到这点,需要把多边形坐标和纹理坐标对应起来
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加速渲染

首先,可以为特定运算,专门的硬件加快速度,让运算快如闪电
其次可以把3d场景分解成多个小部分,然后并行渲染而不是顺序渲染
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GPU在显卡上周围有专用的RAM
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每秒处理上亿个多边形