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RenderHelp

C/C++

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⚡ Implementación programable de la tubería, anotación china completa, ayudando a los principiantes a aprender principios de representación.

Introducción de características

Un solo archivo renderHelp.h implementa una tubería de representación programable a partir de los puntos de dibujo, sin dependencias externas.
Modelo estándar, cálculo preciso, utilizando la interfaz de clase DIRECT3D.
Contiene un conjunto completo de bibliotecas vectoriales/matriciales.
Incluye un conjunto de bibliotecas de mapa de bits de mapa de bits para facilitar los puntos de dibujo, las líneas, las texturas de carga, el muestreo de textura, etc.
Use C ++ para escribir sombreadores de vértices y sombreadores de píxeles para puntos de interrupción y depuración fáciles.
Use la ecuación de borde para calcular con precisión la cobertura de los triángulos y manejar los límites de los triángulos adyacentes.
Use la fórmula de coordenadas del centro de gravedad para calcular la interpolación variable.
Use 1/W para la corrección de perspectiva para dibujar la textura correcta con perspectiva.
Use interpolación lineal cuadrática para un mejor efecto de renderizado.
La representación del núcleo implementa solo 200 líneas, destacando la legibilidad.
Lleno de notas chinas, y se explica cada cálculo.
Múltiples ejemplos tutoriales, desde cómo dibujar triángulos hasta modelos e iluminación.

Compilar y ejecutar

CMake

mkdir build
cmake -S . -B ./build
cmake --build ./build --config Release

Tenga en cuenta que copia la carpeta Res a la ruta donde se encuentra el archivo ejecutable.

GCC

Simplemente busque un archivo de ejemplo que comience con sample_ y compile directamente con el archivo único GCC:

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

Parece que necesito agregar -std=c++17 a mi Mac. Es posible que deba agregar un -lm para mostrar y declarar la biblioteca de matemáticas de enlace.

correr:

./sample_07_specular

Luego obtenga una output.bmp del archivo de imagen. BMP:

El modelo de este proyecto utiliza el modelo de código abierto en Tinyrender.

Interfaz de programación

Variables de sombreador

Utiliza principalmente una estructura de sombreado, que se utiliza para pasar parámetros entre VS-> PS, y está lleno de varios tipos de variaciones.

 // 着色器上下文，由 VS 设置，再由渲染器按像素逐点插值后，供 PS 读取
struct ShaderContext {
    std::map< int , float > varying_float;    // 浮点数 varying 列表
    std::map< int , Vec2f> varying_vec2f;    // 二维矢量 varying 列表
    std::map< int , Vec3f> varying_vec3f;    // 三维矢量 varying 列表
    std::map< int , Vec4f> varying_vec4f;    // 四维矢量 varying 列表
};

Sombreador de vértices

La capa externa debe proporcionar el puntero de la función al renderizador vs, y llamar a los tres vértices del triángulo en secuencia cuando se inicializa la función DrawPrimitive del renderizador:

 // 顶点着色器：因为是 C++ 编写，无需传递 attribute，传个 0-2 的顶点序号
// 着色器函数直接在外层根据序号读取响应数据即可，最后需要返回一个坐标 pos
// 各项 varying 设置到 output 里，由渲染器插值后传递给 PS 
typedef std::function<Vec4f( int index, ShaderContext &output)> VertexShader;

Cada vez que se llame a la llamada, el renderizador pasará los números 0 , 1 index 2 de los tres vértices al programa VS a su vez para facilitar la lectura de los datos del vértice desde el exterior.

Sombreador de píxeles

El renderizador llama al sombreador de píxeles para cada punto que debe llenarse en el triángulo:

 // 像素着色器：输入 ShaderContext，需要返回 Vec4f 类型的颜色
// 三角形内每个点的 input 具体值会根据前面三个顶点的 output 插值得到
typedef std::function<Vec4f(ShaderContext &input)> PixelShader;

El color devuelto por el programa de sombreado de píxeles se dibujará a la posición correspondiente del búfer de cuadro.

Dibujar un triángulo

Llamar a la siguiente interfaz puede dibujar un triángulo:

 bool RenderHelp::DrawPrimitive ()

Esta función es el núcleo del renderista.

Luego, dos capas de For Loop iterate sobre cada punto del rectángulo de conexión del triángulo en la pantalla, y luego determinan que dentro del rango de triángulo, llame al programa VS para calcular qué color es el punto.

Ejemplo completo

Ahora desea escribir un dibujo de triángulo de D3D 12. No puede manejarlo sin mil líneas, pero ahora solo necesitamos las siguientes líneas:

# include " RenderHelp.h "

int main ( void )
{
    // 初始化渲染器和帧缓存大小
    RenderHelp rh ( 800 , 600 );

    const int VARYING_COLOR = 0 ;    // 定义一个 varying 的 key

    // 顶点数据，由 VS 读取，如有多个三角形，可每次更新 vs_input 再绘制
    struct { Vec4f pos; Vec4f color; } vs_input[ 3 ] = {
        { {  0.0 ,  0.7 , 0.90 , 1 }, { 1 , 0 , 0 , 1 } },
        { { - 0.6 , - 0.2 , 0.01 , 1 }, { 0 , 1 , 0 , 1 } },
        { { + 0.6 , - 0.2 , 0.01 , 1 }, { 0 , 0 , 1 , 1 } },
    };

    // 顶点着色器，初始化 varying 并返回坐标，
    // 参数 index 是渲染器传入的顶点序号，范围 [0, 2] 用于读取顶点数据
    rh. SetVertexShader ([&] ( int index , ShaderContext& output) -> Vec4f {
            output. varying_vec4f [VARYING_COLOR] = vs_input[ index ]. color ;
            return vs_input[ index ]. pos ;        // 直接返回坐标
        });

    // 像素着色器，返回颜色
    rh. SetPixelShader ([&] (ShaderContext& input) -> Vec4f {
            return input. varying_vec4f [VARYING_COLOR];
        });

    // 渲染并保存
    rh. DrawPrimitive ();
    rh. SaveFile ( " output.bmp " );

    return 0 ;
}

Resultados de ejecución:

Lista de archivos

Nombre del archivo	ilustrar
RenderHelp.H	El archivo de implementación del renderizador, cuando se usa, incluye que es suficiente
Modelo.h	Cargando el modelo
sample_01_triangle.cpp	Ejemplo de triángulos de dibujo
sample_02_texture.cpp	Cómo usar texturas, cómo configurar la matriz de la cámara, etc.
sample_03_box.cpp	Cómo dibujar una caja
sample_04_gouraud.cpp	Coloración simple de galaude de la caja
sample_05_model.cpp	Cómo cargar y dibujar un modelo
sample_06_normal.cpp	Mejorar los detalles del modelo con el mapa normal
sample_07_specular.cpp	Dibujar reflejos

Implementar comparación

Hace más de diez años, escribí un tutorial de renderizador suave Mini3D, que explicaba claramente los principios centrales de los renderizadores de software.

El método de implementación de este proyecto se modela en el método de implementación de la ecuación de borde de la GPU. El método de implementación de este proyecto simula GPU es relativamente simple e intuitivo, pero el cálculo es muy grande y no es adecuado para la CPU en tiempo real, pero es adecuado para el procesamiento paralelo aproximado de la GPU.

Hay muchos tutoriales para implementar las tuberías programables en Internet, pero muchos de ellos tienen problemas. , cuando el muestreo de textura, la conversión de coordenadas de enteros debe redondearse, de lo contrario, la posición de varios vértices de la textura no es lo suficientemente estable, y habrá signos de móvil ligeramente conmovedoras ni siquiera puede ver la textura con una perspectiva correcta y aún estará utilizando la mapeo de la textura de imitación. . . .

Hay muchos aspectos muy detallados de la implementación del renderizador.

Otro es la legibilidad.