开源一个简单的c++软光栅渲染器

     本文由zhangbaochong原创，转载请注明出处http://www.cnblogs.com/zhangbaochong/p/5751111.html

     由于开学就大四面临找工作了，为了整理下项目，最近又把上学期练手写的一个c++软光栅渲染demo拿出来重新改了改，稍微优化了一下，顺便增加了光照。虽然写的比较简单，但还是拿出来分享一下，希望能起个抛砖引玉的作用吧，也欢迎指点批评O(∩_∩)O~

　　(ps ：项目代码只有4000行左右，性能方面也比较渣，高性能的光栅渲染可以看空明大大的SALVIAhttp://www.cnblogs.com/lingjingqiu/)

     

1.主要模块功能

1.1数学库

　　向量、矩阵的实现与变换(矩阵平移、旋转、转置、行列式、逆矩阵);

      视角矩阵、投影矩阵和屏幕坐标转换矩阵;

　　一些常用函数(插值、RGB颜色转UINT、角度弧度转换、求反射向量).

1.2后缓冲区

      设置像素，我一开始采用SetPixel()函数，发现速度慢的不忍直视。后来改成用CreateDIBSections创建位图，直接向内存中写像素颜色值，完了后一块BitBlt到窗口就行了。

1.3模型标准

　　由于之前一直在写directx11的代码，所以这里也采用标准d3d的坐标模型，左手系+world view proj三矩阵

1.4几何阶段

      顶点从模型空间到世界空间到相机空间到齐次裁剪空间，对应的主要是三个矩阵world view proj，数学库中提供了相应方法。

      图元装配，也就是将顶点以一定顺序组装成三角形，本项目中采用顶点索引的方式来组织顶点，并且三角形顺时针顺序对应的法线朝向外面。之所以规定好顺序，是为了法线方向的一致性，只有这样才能进行后面的背面消隐。

      投影后的坐标再进行透视除法，让顶点坐标位于cvv中(x[-1,1],y[-1,1],z[0,1])，裁剪过后再将cvv坐标转化为屏幕中对应的坐标。

1.4三角形光栅化

     线框模型使用的bresenham画线算法。

     三角形光栅算法：http://blog.csdn.net/cppyin/article/details/6232453

     填充三角形使用的扫描线。

1.5背面消隐

     可以参考：http://blog.csdn.net/cppyin/article/details/6207206

1.6简单CVV裁剪

1.7支持纹理

　　纹理uv坐标同d3d，纹理坐标寻址同d3d的wrap方式，贴图在物体表面重复，类似于我们设置桌面是图片的平铺方式。当坐标大于1时，通过去掉整数部分，根据得到的小数部分来得到纹理值；坐标小于0，则加上一个最小正数，让坐标大于0。

1.8简单光照

　　phong光照模型，实现平行光、点光源与聚光灯三种。

1.9简单着色器

     写了一个着色器类，有VS和PS两个函数对应顶点着色器和像素着色器，部分代码如下：

VertexOut BoxShader::VS(const VertexIn& vin)
{
    VertexOut out;
    out.posH = vin.pos * m_worldViewProj;
    
    out.posTrans = vin.pos * m_world;
    out.normal = out.normal * m_worldInvTranspose;

     out.color = vin.color;
     out.tex = vin.tex;

    return out;
}

ZCVector BoxShader::PS(VertexOut& pin)
{
    //单位化法线
    pin.normal.Normalize();

    //纹理采样
    ZCVector texColor = m_tex.Sample(pin.tex);

    //顶点到观察点向量
    ZCVector toEye = (m_eyePos - pin.posTrans).Normalize();

    //初始化颜色值全部为0
    ZCVector ambient(0.f, 0.f, 0.f, 0.f);
    ZCVector diffuse(0.f, 0.f, 0.f, 0.f);
    ZCVector specular(0.f, 0.f, 0.f, 0.f);

    //光源计算后得到的环境光、漫反射 、高光
    ZCVector A, D, S;

    Lights::ComputeDirectionalLight(m_material, m_dirLight, pin.normal, toEye, A, D, S);

    ambient = ambient + A;
    diffuse = diffuse + D;
    specular = specular + S;


    //纹理+光照计算公式： 纹理*(环境光+漫反射光)+高光
    ZCVector litColor = texColor * (ambient + diffuse) + specular;

    //最终颜色透明度使用漫反射光的透明度
    litColor.w = m_material.diffuse.w * texColor.w;

    return litColor;
}

 

2.截图效果

2.1线框模型

2.2顶点色

2.3纹理+光照

图片本身是木纹材质，显得比较粗糙/(ㄒoㄒ)/~~

 

3.源码

     项目托管到Github上了：https://github.com/zhangbaochong/Tiny3D

     等有时间我会再优化一下，比如采用SIMD加速等等。最近应该没时间搞这个了，d3d最近都没怎么看，为了开学找工作得把算法数据结构再复习下！