Java软光栅渲染器

冰点 6 years ago (2017-11-21) 计算机图形学, Java, 渲染, 光栅器

开个新坑。

这两天在知乎上搜索关与如何学习图形学的问题，看到了叶神（昵称 Milo Yip）的几个回答：

目标

我决定自己动手实现一个Java软光栅渲染器，把整个渲染的过程搞明白。按照叶神的建议，从图形学的历史进程来学习，这样做练习：

2D部分：

光栅化2D点（就是在二维数组上画点，了解色彩的基本原理，并解决图像的输出问题）。
光栅化2D直线（布雷森汉姆直线演算法、吴小林直线算法等）
2D直线的剪切算法（见Line clipping）。
光栅化2D三角形（scan conversion）。避免重复光栅化相邻三角形边界的像素（edge equation）。
光栅化简单/复杂多边形

3D部分：

把顶点从三维世界空间变换至二维屏幕空间，绘制顶点（如银河星系数据），操控摄像机旋转模型。
在剪切空间进行3D直线的剪切算法，把顶点连线（如各种三维正多面体）光栅化成wire frame模型。
以多边形来定义三维模型。使用画家算法来光栅化那些多边形。
改为使用深度缓冲。
实现简单的纹理映射，先做屏幕空间插值，然后实现简单的perspective-correct texture mapping。
实现简单的顶点光照，使用顶点颜色插值实现Gouraud shading。
通过顶点法线插值，实现Phong shading。
实现其他贴图技术，如mipmapping（也可试 Summed area table）、bilinear/trilinear filtering、bumpmapping、normal mapping、environment mapping等。

项目地址：https://github.com/jmecn/JSoftwareRenderer

实现

创建一个JFrame窗口

光栅化2d点

光栅化2d线段

2D直线裁剪

光栅化2D三角形

创建3D数学库，实现3D空间变换。

创建虚拟摄像机，实现3D观察。

接收用户输入，实现第一人称摄像机控制器。

背面剔除

3D光栅化

深度缓冲

纹理采样。实现纹理包裹（WarpMode），以及最邻近点（Nearest）和二次线性（Bilinear）滤波。

Alpha测试

颜色混合

透视校正插值

实现了材质和着色器框架。

基于Gouraud Shader的顶点光照

实现了Blinn-Phong Shader

..

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