RenderHelp 是可編程渲染管線實(shí)現(xiàn)，全中文注釋，幫助初學(xué)者學(xué)習(xí)渲染原理。

特性介紹

• 單個(gè) RenderHelp.h 文件，從畫點(diǎn)開(kāi)始實(shí)現(xiàn)可編程渲染管線，無(wú)外部依賴。
• 模型標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算精確，使用類 Direct3D 接口。
• 包含一套完整的矢量/矩陣庫(kù)。
• 包含一套位圖 Bitmap 庫(kù)，方便畫點(diǎn)、畫線、加載紋理、紋理采樣等。
• 使用 C++ 編寫頂點(diǎn)著色器 (Vertex Shader) 和像素著色器 (Pixel Shader)，方便斷點(diǎn)和調(diào)試。
• 使用 Edge Equation 精確計(jì)算三角形覆蓋范圍，處理好鄰接三角形的邊界。
• 使用重心坐標(biāo)公式計(jì)算 varying 插值。
• 使用 1/w 進(jìn)行透視矯正，繪制透視正確的紋理。
• 使用二次線性插值進(jìn)行采樣，更好的渲染效果。
• 核心渲染實(shí)現(xiàn)僅 200 行，突出易讀性。
• 寫滿中文注釋，每一處計(jì)算都有解釋。
• 多個(gè)教程例子，從如何畫三角形到模型以及光照。

編譯運(yùn)行

隨便找個(gè)?sample_?開(kāi)頭的例子文件直接 gcc 單文件編譯即可：

gcc -O2 sample_07_specular.cpp -o sample_07_specular -lstdc++

在 Mac 下好像要加個(gè)?-std=c++17，我應(yīng)該沒(méi)用啥 17 的東西，不過(guò)沒(méi)環(huán)境不太確定。某些平臺(tái)下可能要加一個(gè)?-lm?，顯示聲明一下鏈接數(shù)學(xué)庫(kù)。

運(yùn)行：

./sample_07_specular

然后得到一個(gè)圖片文件?output.bmp：

?

編程接口

著色器變量

主要使用一個(gè) ShaderContext 的結(jié)構(gòu)體，用于 VS->PS 之間傳參，里面都是一堆各種類型的 varying。

// 著色器上下文，由 VS 設(shè)置，再由渲染器按像素逐點(diǎn)插值后，供 PS 讀取
struct ShaderContext {
    std::map varying_float;    // 浮點(diǎn)數(shù) varying 列表
    std::map varying_vec2f;    // 二維矢量 varying 列表
    std::map varying_vec3f;    // 三維矢量 varying 列表
    std::map varying_vec4f;    // 四維矢量 varying 列表
};

頂點(diǎn)著色器

外層需要提供給渲染器 VS 的函數(shù)指針，并在渲染器的?DrawPrimitive?函數(shù)進(jìn)行頂點(diǎn)初始化時(shí)對(duì)三角形的三個(gè)頂點(diǎn)依次調(diào)用：

// 頂點(diǎn)著色器：因?yàn)槭?C++ 編寫，無(wú)需傳遞 attribute，傳個(gè) 0-2 的頂點(diǎn)序號(hào)
// 著色器函數(shù)直接在外層根據(jù)序號(hào)讀取響應(yīng)數(shù)據(jù)即可，最后需要返回一個(gè)坐標(biāo) pos
// 各項(xiàng) varying 設(shè)置到 output 里，由渲染器插值后傳遞給 PS 
typedef std::function VertexShader;

每次調(diào)用時(shí)，渲染器會(huì)依次將三個(gè)頂點(diǎn)的編號(hào)?0,?1,?2?通過(guò)?index?字段傳遞給 VS 程序，方便從外部讀取頂點(diǎn)數(shù)據(jù)。

像素著色器

渲染器對(duì)三角形內(nèi)每個(gè)需要填充的點(diǎn)調(diào)用像素著色器：

// 像素著色器：輸入 ShaderContext，需要返回 Vec4f 類型的顏色
// 三角形內(nèi)每個(gè)點(diǎn)的 input 具體值會(huì)根據(jù)前面三個(gè)頂點(diǎn)的 output 插值得到
typedef std::function PixelShader;

像素著色程序返回的顏色會(huì)被繪制到 Frame Buffer 的對(duì)應(yīng)位置。

繪制三角形

調(diào)用下面接口可以繪制一個(gè)三角形：

bool RenderHelp::DrawPrimitive()

該函數(shù)是渲染器的核心，先依次調(diào)用 VS 初始化頂點(diǎn)，獲得頂點(diǎn)坐標(biāo)，然后進(jìn)行齊次空間裁剪，歸一化后得到三角形的屏幕坐標(biāo)。

然后兩層 for 循環(huán)迭代屏幕上三角形外接矩形的每個(gè)點(diǎn)，判斷在三角形范圍內(nèi)以后就調(diào)用 VS 程序計(jì)算該點(diǎn)具體是什么顏色。