3D引擎为什么使用三角形绘制曲面

这个问题是我第一次接触3D开发就有的疑问，最近在看《游戏引擎架构》（Game Engine Architecture），在书中找到了答案。

 

三角网格（Triangle Mesh），游戏开发者会使用三角形网格来建模。三角形是表面的分段线性逼近，如果用多条相连的线段分段逼近一个函数或曲线。

实时渲染之所以选用三角形，是因为三角形有以下的优点：

• 三角形是最简单的多边形，少于3个顶点就不能成为一个表面；
• 三角形必然是平坦的，含4个或以上的顶点的多边形，不一定平坦，三个点确定一个平面，多余的点可能在这个面之上或者之下；
• 三角形经多种转换之后，仍然是三角形，这对于仿射转换和透视转换也成立。最坏的情况下，从三角形的边去看，三角形会退化为线段。在其它角度观察，仍能维持是三角形；
• 几乎所有商用图形加速硬件都是为三角形光栅化而设计的。

 

三个点才能构成一个平面，而且仅有三个面才能保证面是平的，多一个点不能保证面是平的，少一个点不能构成一个平面，所以不多不少正好是三个。

 

通常会使用“三角形/秒”作为CPU性能的一项重要指标。如果你有兴趣，不妨读一读知乎专栏上的这篇文章《GPU原理解密（一）画个三角形居然这么难》

https://zhuanlan.zhihu.com/p/20918974

 

在3D模型中，通常面数越多（也就是三角形的数量），模型越精细，反之则越粗糙（根据面数多少也就有了高模与低模之分）  ——（如下图所示）

（图片来源：http://www.atangeo.com/examples/horse）

 

所以从视觉和美术的角度来看，面数当然是多多益善，但是从程序和性能的角度来看，面数是越少越好，少即意味着运算量变小，渲染速度会更快、耗电量都降低不少，所以需要平衡。