今天看了国外一个人录制的一系列的视频，介绍图形渲染的一些基础知识。关于Triangle Mesh，Fragment Shader等等。讲的浅显易懂。不过就是在youtube。但是我想说，这墙值得一翻……

http://www.youtube.com/user/BSVino

后来还看了一篇文章，写的也很好。讲图形渲染管线的。

http://www.gamedev.net/page/resources/_/technical/graphics-programming-and-theory/introduction-to-the-graphics-pipeline-r3344

其实呢，是想把这些东西好好梳理一下写下来，但是要下班了……再议。

 

今天有时间，就稍微总结一下吧。其实感觉应该配点图啥的……再议。

 

  • Shader
 

在3D游戏中，各种显示在屏幕的图形都是由一个个Triangle绘制得到的。每个Triangle呢，除了三个Vector记录顶点坐标，还包括它用到的Texture，Normals和UV信息。我们在游戏中看到的各种图形，都是由一个个Triangle和它相关的这些信息构成的。这就是渲染的最基础的数据。

 
计算机通过使用Shader程序根据上面这些信息，将正确颜色的像素点渲染到屏幕上。Shader可以分为Vertex Shader和Fragment Shader。渲染图形管线那篇文章，讲了这两种Shader的区别和它们应用的不同阶段。这里主要讲的是Fragment Shader。它是在将Triangle像素化（Rasterization）后，对这些像素点（可以理解为完整的三角形被打散成的“Fragment”）的处理。根据我的理解，此时就会使用Texture，Normals和UV信息来计算出应该写入Double-buffered Framebuffer的颜色数据。
 
 
  • Normals & Lambertian Surface
 
每一个Triangle还记录法线信息，即Normal。它是向量AB与向量BC叉乘的结果。根据数学定义，这个结果是一个垂直于该三角面的向量。方向由右手法则决定。通常都将它标准化。
 
Normal有啥用呢？最重要的用途就是光照。根据Lambertian Cosine Law，物体表面的光照强度与入射光的反向向量与Normal的余弦值正相关。只适用于方向光（Directional Light）。具体的公式，视频里并未给出，估计也比较麻烦。。。而通过入射光的反向向量与Normal的点积结果，可以得到余弦值。这样图就可以将这些数据提交给图形API，进行图像的绘制。
 
 
一些3D模型除了纹理的贴图还包括法线贴图，是为了能更好地表现纹理细节。某一些纹理，例如岩石的表面，是凹凸不平的。可以通过记录每一个像素点的Normal来从某种程度上记录它的凹凸感。这比为每一个凹凸点绘制三角面要划算。那么法线贴图是如何应用的呢？首先，需要一些准备工作。
 
法线贴图记录的是R,G,B的颜色值，它们的变化区间是[0, 1]。而Normal的x,y,z值的变化区间是[-1,1]。这就需要做一个值的映射。
 
然后法线贴图是位于它自己的xy坐标空间，而一个模型身上的每一个三角面是由它的Normal决定的空间中的平面。这就还需要一个坐标系的转换。
 
 
这些准备工作都做好以后，光照效果就不会一刀切地应用到整个Triangle上，而是根据每个点的法线贴图的Normal来计算。于是，一些纹理的细节就很好地表现出来了。
 
  • Specularity
 
对于一些具有高光效果的材质（光亮的金属面），也可以利用Normal计算余弦值。不同的是，这里的余弦值是反射光与视线的夹角的余弦值。所以这个值是随着视角变化的。因此你从不同角度观察一个高光的材质光亮的区域不一样。将这个值与前面用法线与入射光的余弦值叠加，就可以计算出材质表面实际的光照效果。
 
有时材质的不同区域的高光效果也会不一样，因此可能还需要一张高光贴图来记录这些信息。
 
 
  • Fog
 
这个视频介绍了一种使用Shader实现雾的效果的方法。造成雾的效果的原因，主要是由于空气中颗粒对光线传播的影响。空气中颗粒浓度越高，距离观察的物体越远，雾就越明显。因此可以将一种颜色值（雾的颜色）与模型的贴图颜色进行加权叠加。雾的浓度越高，雾的颜色的权值越高。
 
 
  • Vertex Buffer & Indexed Triangle Meshes
 
在进行图形的渲染前，需要将模型的所有定点信息提交给图形API。这是一个进行顶点缓存的过程。根据前面所述，三角面的法线向量是根据三角面的边计算的。所以除了顶点外，还需要提交哪三个顶点构成三角形的信息。这样，其实只要将顶点按照正确顺序提交就可以了。图形API会知道，第一第二个顶点构成第一条边，第二第三个顶点构成第二条边，再计算出法线向量。但是，三角面有过多的顶点是重合的，几乎每一个顶点的提交都会有重复。所以可以只提交顶点信息。三角形的信息只提交对顶点的索引。这样就避免了空间的浪费。
 
 
以上是我看这个系列视频的一些收获和总结吧。写的不对的地方，欢迎拍砖~~