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3D图形学知识汇编1
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前言最近我在学习计算机图形学的时候大量的上网翻书查阅资料,但是从网上和部分书籍里面看到的知识有些零散,所以我作此书,将这些知识点串联起来。我的演示代码只是提供一
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3D 图形学知识汇编
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前 言
最近我在学习计算机图形学的时候大量的上网翻书查阅资料,但是从网上和部分书籍
里面看到的知识有些零散,所以我作此书,将这些知识点串联起来。我的演示代码只是提
供一个参考,希望读者通过阅读本文自己实现相应功能。本书主要是介绍 3D 渲染的流程和
原理,所以有几乎没有对代码进行优化。如果要实现可用的高性能的渲染器,代码优化是
必不可少的。
3D 图形学知识汇编
目录
第一部分:预备知识 ................................................................................................................................ 1
第 1 章 在屏幕上绘制图案 .......................................................................................................... 2
1.1 像素 ...................................................................................................................................... 2
1.2 像素的抽象表示 ............................................................................................................... 2
1.3 通过控制不同像素的亮度来组合成不同图案 ........................................................ 3
1.4 单独控制每个像素的亮度 ............................................................................................ 4
1.5 Windows 和 Linux 上的程序实现 ................................................................................ 4
1.5.1 使用 EasyX 实现 windows 下的像素绘制 ................................................................. 4
1.5.2 使用 FrameBuffer 实现 Linux 下的像素绘制 ........................................................ 5
1.6 CMake 的简单使用 ........................................................................................................... 5
第 2 章 直线和三角形的绘制...................................................................................................... 6
2.1 线段的绘制 ........................................................................................................................ 6
2.2 三角形的绘制 ................................................................................................................... 7
第 3 章 重心坐标插值 ................................................................................................................. 13
3.1 插值 .................................................................................................................................... 13
3.2 重心坐标插值 ................................................................................................................. 14
3.2.1 一维重心坐标插值 ........................................................................................................ 14
3.2.2 二维重心坐标插值 ........................................................................................................ 14
3.2.3 重心坐标插值的规律.................................................................................................... 16
3.2.4 重心坐标插值在栅格化程序的优化 ........................................................................ 17
3.2.5 多属性的插值 ................................................................................................................. 19
3.3 二维纹理 .......................................................................................................................... 21
第二部分:进阶知识 .............................................................................................................................. 22
第 4 章 齐次坐标和透视投影.................................................................................................... 23
4.1 齐次坐标 .......................................................................................................................... 23
4.2 透视投影 .......................................................................................................................... 23
4.2.1 二维透视投影 ................................................................................................................. 23
4.2.2 三维透视投影 ................................................................................................................. 25
4.2.3 用齐次坐标表示透视投影 .......................................................................................... 26
第 5 章 透视校正插值 ................................................................................................................. 27
5.1 空间三角形的绘制 ........................................................................................................ 27
5.2 绘制两个三角形拼接成一个正方形 ........................................................................ 28
5.3 仿射变换导致的错误.................................................................................................... 28
3D 图形学知识汇编
5.4 透视校正插值 ................................................................................................................. 29
5.5 附录 .................................................................................................................................... 34
5.5.1 附录一 ............................................................................................................................... 34
5.5.2 附录二 ............................................................................................................................... 36
5.5.3 附录三 ............................................................................................................................... 37
5.5.4 附录四 ............................................................................................................................... 38
第 6 章 深度测试 .......................................................................................................................... 39
6.1 画家算法 .......................................................................................................................... 39
6.2 Z-Buffer 算法 ................................................................................................................ 40
第 7 章 裁剪 .................................................................................................................................... 42
7.1 一些裁剪的基本知识.................................................................................................... 42
7.2 深度值的另外一种表示 ............................................................................................... 43
7.3 近平面裁剪的必要性.................................................................................................... 46
7.4 裁剪的实现 ...................................................................................................................... 46
7.5 附录 .................................................................................................................................... 50
7.5.1 附录一 ............................................................................................................................... 50
第 8 章 标准视锥体和设备坐标 ............................................................................................... 51
8.1 设备坐标 .......................................................................................................................... 51
8.2 设备坐标的标准化 ........................................................................................................ 53
8.3 将多边形裁剪到视锥体内部 ...................................................................................... 55
8.4 一个核心功能完备的渲染器出炉了 ........................................................................ 58
第三部分:渲染器的功能扩展 ........................................................................................................... 60
第 9 章 渲染器功能升级 ............................................................................................................. 61
9.1 OpenGL 渲染管线简介 .................................................................................................. 61
9.2 改造我们的渲染器 ........................................................................................................ 61
9.3 三角形剔除 ...................................................................................................................... 63
9.4 屏幕刷新 .......................................................................................................................... 65
9.4.1 上一帧残留数据清理.................................................................................................... 65
9.4.2 双缓冲 ............................................................................................................................... 66
第 10 章 矩阵 .................................................................................................................................... 68
10.1 透视投影矩阵 ................................................................................................................. 68
10.2 缩放矩阵 .......................................................................................................................... 68
10.3 平移矩阵 .......................................................................................................................... 69
10.4 旋转矩阵 .......................................................................................................................... 69
3D 图形学知识汇编
10.5 坐标变换的一些技巧.................................................................................................... 70
10.6 完成旋转动画 ................................................................................................................. 70
第 11 章 走进图形学的大门 ........................................................................................................ 72
11.1 漫反射光照模型 ............................................................................................................. 72
11.2 纹理生成 .......................................................................................................................... 73
11.3 模型读取 .......................................................................................................................... 73
11.4 最后一个练习题 ............................................................................................................. 73
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丛乐
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