分類: 技術

我希望自己在最短的時間之內, 就把 3D 基本觀念搞懂. 最好只花一個 page 就可以複習. 以下就是我的筆記.

3D 繪圖方式有三種, 第一種是用線的觀念. 可以想像一個視線從投射面回溯到光源, 這稱之為 Ray-tracing. 第二種方式是把圖的表面 (surface) 分解成小塊 (patch). 而每個 patch 都有自己的光照圖 (light map), 並且輻射周圍的 patch. 這稱之為 Radiosity, 聽起來有 iteration 的感覺.

第三種方法,  稱之為 Rasterizing (光柵化), 也就是唯一適用於硬體加速的演算法. 簡單地說, 就是先得到頂點 (vertex), 然後把點連成網眼 (mesh), 其中的基本圖形是點, 線, 與三角形, 三者合稱為 primitive.

假設我們要畫的東西是一個剛體, 不會隨便就變得軟趴趴的, 那麼每個 vertex 都可以有一個相對座標值. 要把這個 object coordinate 轉到整張圖上的座標位置 world coordinate, 這就是第一個轉換. 轉到 world coordinate 還是不夠的, 因為觀察者視角的關係, 這個位體還要轉到 eye coordinate. 就好像一個魔術方塊, 不可能讓我們同時看到六個面, 座標位置當然與觀察者的角度有關.

轉完之後, 開始打光, 包括 R, G, B, alpha 四個值決定紅, 綠, 藍和透明的強度.

畫好之後, 剛才的魔術方塊又出現了. 被擋到的東西不用畫, 也不能畫. 所以要再次轉到裁切座標 (clip coordinate). 在最上層的東西, 才會畫到螢幕上 screen coordinate.

以上可以得知哪些 vertex 位於螢幕之內或是之外. 凡是落在螢幕之外的 vertex, 我們只需要畫到螢幕邊緣就好. 但任意多邊形並不是 primitive, 所以那些形狀不齊的四邊形會被分割成兩個三角形.

現在有了一堆轉換過的頂點, 接著就要把頂點所包圍的畫素 (pixel) 都找出來. 這個過程就是光柵化 (Rasterize). 還在 vertex 階段的處理稱為 front-end, pixel 等級的處理稱為 back-end.

在 pixel 的操作包括下面三者: texture (紋理), blending (混色), filtering (濾鏡), 總之就要給每個 pixel 最合理的顏色. 原先在 vertex 階段所配置的特性如何用在 pixel 上呢? 大致就是內插法. 所以原先幫每個 vertex 打光的工程, 就不需要詳細到 pixel 等級上那麼累! 真是聰明哪!

下一個階段就是要把畫好的圖貼進 frame buffer 了. 比方說要畫個眼睛在臉上, 眼睛總不能大過臉, 又不是海綿寶寶的蟹老闆. 因此要在可以畫眼睛的範圍以外塗上框框, 這個框就是模板 (stencil). 其次當然不脫後景不蓋前景, 需要更新的區域才更新等基本限制, 在真正畫出去之前, 要先做這類的測試. 例如 scissor test, alpha test, depth and stencil test 等等.

測完之後可能還有一點事情要做, 比方說 alpha belnding, 千辛萬苦之後, 一個點好不容易才可以進到 frame buffer.

講完硬體之後, 再講一點點軟體. 繪圖的 API 包括 OpenGL, 這是 ARB 推的. 還有 Direct3D, 這是 Microsoft 推的.

OpenGL 的指令分為兩種, 一種是給定 vertex 與顏色等等, 以產生圖像. 另外一種是設定對上述資料的操作. 甚至是先做一些 transform 以取得新 vertex 的座標.  基本就是只做 rendering.  

[reference]

http://www.ategpu.com/2009/05/29/interactivecomputergraphics.html

說 reference 也太牽強了, 我根本是濃縮再製版.

http://zh.wikipedia.org/wiki/OpenGL

因為不太懂又沒有時間, 所以我花 2 個小時, 寫了這個快速學習備忘錄. 謬誤之處, 請多多見諒. 等我有所成長, 再來修正這裡的不足.