開源一個簡單的c++軟光柵渲染器

     本文由zhangbaochong原創，轉載請注明出處http://www.cnblogs.com/zhangbaochong/p/5751111.html

     由於開學就大四面臨找工作了，為了整理下項目，最近又把上學期練手寫的一個c++軟光柵渲染demo拿出來重新改了改，稍微優化了一下，順便增加了光照。雖然寫的比較簡單，但還是拿出來分享一下，希望能起個拋磚引玉的作用吧，也歡迎指點批評O(∩_∩)O~

　　(ps ：項目代碼只有4000行左右，性能方面也比較渣，高性能的光柵渲染可以看空明大大的SALVIAhttp://www.cnblogs.com/lingjingqiu/)

     

1.主要模塊功能

1.1數學庫

　　向量、矩陣的實現與變換(矩陣平移、旋轉、轉置、行列式、逆矩陣);

      視角矩陣、投影矩陣和屏幕坐標轉換矩陣;

　　一些常用函數(插值、RGB顏色轉UINT、角度弧度轉換、求反射向量).

1.2后緩沖區

      設置像素，我一開始采用SetPixel()函數，發現速度慢的不忍直視。后來改成用CreateDIBSections創建位圖，直接向內存中寫像素顏色值，完了后一塊BitBlt到窗口就行了。

1.3模型標准

　　由於之前一直在寫directx11的代碼，所以這里也采用標准d3d的坐標模型，左手系+world view proj三矩陣

1.4幾何階段

      頂點從模型空間到世界空間到相機空間到齊次裁剪空間，對應的主要是三個矩陣world view proj，數學庫中提供了相應方法。

      圖元裝配，也就是將頂點以一定順序組裝成三角形，本項目中采用頂點索引的方式來組織頂點，並且三角形順時針順序對應的法線朝向外面。之所以規定好順序，是為了法線方向的一致性，只有這樣才能進行后面的背面消隱。

      投影后的坐標再進行透視除法，讓頂點坐標位於cvv中(x[-1,1],y[-1,1],z[0,1])，裁剪過后再將cvv坐標轉化為屏幕中對應的坐標。

1.4三角形光柵化

     線框模型使用的bresenham畫線算法。

     三角形光柵算法：http://blog.csdn.net/cppyin/article/details/6232453

     填充三角形使用的掃描線。

1.5背面消隱

     可以參考：http://blog.csdn.net/cppyin/article/details/6207206

1.6簡單CVV裁剪

1.7支持紋理

　　紋理uv坐標同d3d，紋理坐標尋址同d3d的wrap方式，貼圖在物體表面重復，類似於我們設置桌面是圖片的平鋪方式。當坐標大於1時，通過去掉整數部分，根據得到的小數部分來得到紋理值；坐標小於0，則加上一個最小正數，讓坐標大於0。

1.8簡單光照

　　phong光照模型，實現平行光、點光源與聚光燈三種。

1.9簡單着色器

     寫了一個着色器類，有VS和PS兩個函數對應頂點着色器和像素着色器，部分代碼如下：

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)
{
    //單位化法線
    pin.normal.Normalize();

    //紋理采樣
    ZCVector texColor = m_tex.Sample(pin.tex);

    //頂點到觀察點向量
    ZCVector toEye = (m_eyePos - pin.posTrans).Normalize();

    //初始化顏色值全部為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);

    //光源計算后得到的環境光、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;


    //紋理+光照計算公式： 紋理*(環境光+漫反射光)+高光
    ZCVector litColor = texColor * (ambient + diffuse) + specular;

    //最終顏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.截圖效果

2.1線框模型

2.2頂點色

2.3紋理+光照

圖片本身是木紋材質，顯得比較粗糙/(ㄒoㄒ)/~~

 

3.源碼

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

     等有時間我會再優化一下，比如采用SIMD加速等等。最近應該沒時間搞這個了，d3d最近都沒怎么看，為了開學找工作得把算法數據結構再復習下！