【GAMES101】Lecture 08 图形管线（实时渲染管线）与纹理映射

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图形管线

纹理映射

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图形管线

给我一个三维模型，给我一个光照条件，我就能够得出渲染的结果，这些东西合起来就是Graphics Pipeline，图形管线，闫神愿称之为实时渲染管线，那下面这个流程图就是这个渲染流水线

对于给我的这个三维模型的点，首先通过投影变换到平面上，然后这些点会形成三角形，我们需要将这个三角形显示在屏幕上，但是这个屏幕是离散的，我们通过光栅化离散这个三角形，形成这个fragments，这个是OpenGL里面的概念，叫片段、片源、片元，就类似于我们着色时的像素，然后就对每个像素进行着色，完了就可以显示在屏幕上，这个就是渲染的流水线，就是从三维场景渲染出二维屏幕的操作

我们来举个例子，我们之前说的Model, View, Projection transforms，就是这个MVP变换，是对每个顶点做这么一个变换

然后对于顶点形成的三角形我去采样，去判断这个在不在三角形内部，这个是光栅化

然后通过这个深度缓冲来解决这个光栅化过程中这个fragments远近的问题

再然后着色的时候，我们说有不同的着色频率对不对，有平面着色、顶点着色和像素着色，那么这个着色就会发生在处理顶点和处理fragments的时候，这也是为什么会有两个着色器的原因，就是vertex shader和fragment shader，这个着色器shader就是一段代码，这个代码呢就是控制这个顶点和这个fragment是如何进行着色的，等下会分析一个shader

还有就是真实的三角形它其实不同的地方会有不一样的这个纹理，这个操作叫纹理映射，稍后会讲

然后我们来看一个shader，这个shader是一个可以在硬件执行的语言，专门写给GPU跑的，GPU核又多又轻量是吧，就是用来干这个简单的并行计算的，然后这里举了个OpenGL的shader语言GLSL，注意一个shader它是通用的，不需要为每个顶点或者每个fragment写一个，当然顶点着色器和片元或者是像素着色器需要分开

终于看见代码了是吧，狂喜……这个着色器就是完成这个着色的过程，这个uniform指的是全局变量，一个纹理一个光照方向对吧，这个uv呢是一个纹理坐标（u，v）二维向量，这个norm就是法线三维向量，这个kd是漫反射系数，跟这个纹理有关哈，然后去计算这个光照，拿这个光照方向和法线方向做点乘得到余弦值还记得吗，然后用这个clamp限制在0到1之间，shader瞬间入门属于是

uniform sampler2D myTexture;       // program parameter 
uniform vec3 lightDir;             // program parameter 
varying vec2 uv;                   // per fragment value (interp. by rasterizer) 
varying vec3 norm;                 // per fragment value (interp. by rasterizer) 
void diffuseShader() 
{ 
  vec3 kd; 
  kd = texture2d(myTexture, uv);                // material color from texture
  kd *= clamp(dot(–lightDir, norm), 0.0, 1.0);  // Lambertian shading model
  gl_FragColor = vec4(kd, 1.0);                 // output fragment color 
}

闫神提到的一个网站Snail (shadertoy.com)可以通过编写shader感受不同的渲染效果

纹理映射

在着色的时候，我们说一个三维物体它不同表面的纹理可能是不一样的，三维物体它的表面应该是二维的，好比这个地球仪，我们把它表面给展开得到一个二维的纹理，那么三维物体表面上一点就会对应展开的二维纹理上的一点，那么它们之间就会存在一种映射的关系

那怎么操作呢，比方说下面这个独眼哥，我怎么将这个纹理给它映射上去呢，取一个三角形小块，如果我知道这一块三角形在纹理上的对应位置，那是不是就可以找到对应的点给它上色是吧？

但是这个事情我怎么知道呢o.O?

这个有两个解决办法，一个是在这个三维模型创造的时候就展开得到这个纹理图，这个对应关系是由这个艺术家（美工）完成的；还有一个就是参数化，就是给我一个模型，我能够自动的展开纹理并且得到这个对应关系，这个很复杂很难

反正我们就是可以知道这个纹理对于三维物体的对应位置

 然后每个顶点都会分配这个纹理的坐标（u，v）