Unduh RenderHelp - Unduh Kode Sumber RenderHelp

RenderHelp

C/C++

1.0.0

Unduh

RenderHelp

⚡ Implementasi pipa rendering yang dapat diprogram, anotasi Cina penuh, membantu pemula belajar prinsip rendering.

Pendahuluan Fitur

File RenderHelp.h tunggal, mengimplementasikan pipa rendering yang dapat diprogram mulai dari titik gambar, tanpa dependensi eksternal.
Model standar, perhitungan akurat, menggunakan antarmuka kelas Direct3D.
Berisi satu set lengkap perpustakaan vektor/matriks.
Termasuk satu set pustaka bitmap bitmap untuk memfasilitasi titik gambar, garis, tekstur memuat, pengambilan sampel tekstur, dll.
Gunakan C ++ untuk menulis vertex shader dan piksel shader untuk breakpoint dan debugging yang mudah.
Gunakan persamaan tepi untuk secara akurat menghitung cakupan segitiga dan menangani batas segitiga yang berdekatan.
Gunakan pusat formula koordinat gravitasi untuk menghitung interpolasi yang bervariasi.
Gunakan 1/W untuk koreksi perspektif untuk menggambar tekstur yang benar dengan perspektif.
Gunakan interpolasi linier kuadratik untuk efek rendering yang lebih baik.
Rendering inti hanya mengimplementasikan 200 baris, menyoroti keterbacaan.
Penuh dengan catatan Cina, dan setiap perhitungan dijelaskan.
Beberapa contoh tutorial, dari cara menggambar segitiga ke model dan pencahayaan.

Kompilasi dan jalankan

Cmake

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

Perhatikan bahwa menyalin folder res ke jalur di mana file yang dapat dieksekusi berada.

GCC

Cukup temukan file contoh yang dimulai dengan sample_ dan secara langsung mengkompilasinya dengan file tunggal GCC:

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

Tampaknya saya perlu menambahkan -std=c++17 ke mac saya. Anda mungkin perlu menambahkan -lm untuk menampilkan dan mendeklarasikan tautan Perpustakaan Matematika.

berlari:

./sample_07_specular

Kemudian dapatkan output.bmp file gambar.bmp:

Model proyek ini menggunakan model open source di Tinyrender.

Antarmuka pemrograman

Variabel shader

Ini terutama menggunakan struktur shaderContext, yang digunakan untuk melewati parameter antara vs-> ps, dan penuh dengan berbagai jenis variasi.

 // 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
};

Vertex shader

Lapisan luar perlu memberikan penunjuk fungsi ke renderer vs, dan memanggil tiga simpul segitiga secara berurutan ketika fungsi DrawPrimitive renderer diinisialisasi:

 // 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;

Setiap kali panggilan dipanggil, renderer akan melewati angka 0 , 1 , index 2 dari tiga simpul ke program VS pada gilirannya untuk memfasilitasi pembacaan data verteks dari luar.

Pixel shader

Renderer memanggil piksel shader untuk setiap titik yang perlu diisi dalam segitiga:

 // 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;

Warna yang dikembalikan oleh program naungan piksel akan ditarik ke posisi yang sesuai dari buffer bingkai.

Gambar segitiga

Memanggil antarmuka berikut dapat menggambar segitiga:

 bool RenderHelp::DrawPrimitive ()

Fungsi ini adalah inti dari renderer. Pertama, panggilan vs untuk menginisialisasi simpul pada gilirannya, dapatkan koordinat titik, dan kemudian lakukan pemangkasan ruang homogen, dan dapatkan koordinat layar segitiga setelah normalisasi.

Kemudian, dua lapisan untuk mengulangi loop di setiap titik segitiga yang menghubungkan persegi panjang pada layar, dan kemudian menentukan bahwa dalam rentang segitiga, panggil program VS untuk menghitung warna titik titik itu.

Contoh Lengkap

Sekarang Anda ingin menulis gambar segitiga D3D 12. Anda tidak dapat menanganinya tanpa seribu baris, tetapi sekarang kami hanya membutuhkan baris berikut:

# 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 ;
}

Hasil Menjalankan:

Daftar file

Nama file	menjelaskan
Renderhelp.h	File implementasi renderer, bila digunakan termasuk itu sudah cukup
Model.h	Memuat model
sample_01_triangle.cpp	Contoh menggambar segitiga
sample_02_texture.cpp	Cara menggunakan tekstur, cara mengatur matriks kamera, dll.
sample_03_box.cpp	Cara menggambar kotak
sample_04_gouraud.cpp	Pewarnaan galaude sederhana dari kotak
sample_05_model.cpp	Cara memuat dan menggambar model
sampel_06_normal.cpp	Tingkatkan detail model dengan peta normal
sample_07_specular.cpp	Menggambar sorotan

Menerapkan perbandingan

Lebih dari sepuluh tahun yang lalu, saya menulis mini3D tutorial renderer yang lembut, yang dengan jelas menjelaskan prinsip -prinsip inti dari rendering perangkat lunak.

Metode implementasi proyek ini dimodelkan pada metode implementasi persamaan tepi GPU. Metode implementasi proyek ini mensimulasikan GPU relatif sederhana dan intuitif, tetapi perhitungannya sangat besar dan tidak cocok untuk CPU real-time, tetapi cocok untuk pemrosesan paralel GPU yang kasar.

Ada banyak tutorial untuk mengimplementasikan pipa rendering yang dapat diprogram di internet, tetapi banyak dari mereka memiliki masalah Pengambilan sampel tekstur, konversi koordinat integer harus dibulatkan, jika tidak posisi beberapa simpul tekstur tidak cukup stabil, dan akan ada tanda -tanda sedikit bergerak; . . .

Ada banyak aspek yang sangat terperinci dari implementasi renderer.

Yang lain adalah keterbacaan.