初探Stage3D(一) 3D渲染基礎原理

時間 2019-11-06

標籤初探 stage3d stage 3d 渲染基礎原理简体版

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關於本文

本文主要想介紹一下3D渲染的基本流程，及怎樣把一個三角形(0,1,0),(1,0,1),(0,0,1)最終渲染到屏幕上來。文章的目的是對3D渲染流程作一個簡單的介紹,其中不涉及任何語言的APIhtml

參考資料算法

《3D遊戲編程大師技巧》 PFD地址 http://download.csdn.net/detail/iamzealotwang/652886 (中文)
是我很早以前分享的一本書.很是不錯,最先是在學校圖書館裏面看到的,市面上一度絕版,後來找了一家淘寶店複印了一本才留了下來。
剛剛查了一下,如今已經又有賣的的,若是對3D感興趣建議必定要留一套
《3D數學基礎:圖形與遊戲開發》 PDF地址 http://download.csdn.net/detail/iamzealotwang/4886344
How Stage3D works http://www.adobe.com/devnet/flashplayer/articles/how-stage3d-works.html(英文)

局部座標和世界座標編程

接觸Flash的人應該不太難理解這個概念吧,好比在庫中創建一個邊長爲50的正方形,設置其左上角爲原點,局部座標的(0,0)爲原點測試

而後將其拖入Flash的主舞臺上面之後,就會獲得一個全局座標(84,110).net

那剛纔拖動的一下操做，完成的是怎樣的一個運算呢？3d

拋開填充的藍色先不談，那麼幾何上面來講,正方形是由4個點構成的，A(0,0) B(0,50) C(50,0) D(50,50)htm

剛纔作的操做能夠理解把該正方形拖放到舞臺的(84,100)位置。對應的獲得ABCD四點座標分別爲A’(0+81,0+100) B’(0+84,0+50) C’(50+84,0+100) D’(50+84,50+100)blog

這樣也就是完成了一次局部座標到世界座標的轉換遊戲

那一樣的道理,對於一個3D座標點A(0,0,0) 也能夠執行一次座標變換，好比(84,100,37),這樣也能獲得一個對應的3D座標點A’(0+81,0+100,0+37)遊戲開發

爲什麼要進行局部座標到世界座標轉換

在日常咱們作Flash時候也同樣,好比要作一個小人站在房子邊上的圖,那確定是單獨創建兩個元件元件::小人元件::房子 ,而後將其拖入主舞臺拼湊在一塊兒。3D中也是同樣的各類物體也是如今本身的座標系內製做好,

最後放入場景內進行的拼接

瞭解矩陣

在進一步介紹3D以前,首先須要瞭解一下矩陣。原本想給出一些本身的例子,不過參考了一下現有資料,發現沒有太多好補充的東西。若是對矩陣的基本改變還不是很瞭解

(好比矩陣是作什麼用的,矩陣相乘,旋轉矩陣,平移矩陣等)

請參考以下部分

《3D遊戲編程大師技巧》 P161~P165

《3D數學基礎:圖形與遊戲開發》 P85~P107

攝像機&視景體

在把全部物體完成了從局部座標系到全局座標系的轉化，及完成了構建一個3D場景，只是這個場景中所有是由點構成的。這個時候就須要引入攝像機的概念,攝像機就像一雙在這3D世界中的眼睛,眼睛的位置不一樣，

看的方向不一樣,那最終看到的景象也就不一樣.

和現實世界中的攝像機稍微有些不一樣，在於須要給這個攝像空間定義一個區域，及近剪裁面和遠剪裁面。也就是小於近剪裁面和大於遠剪裁面的物體將不會被渲染

在遠剪裁面以外的物體: 能夠理解爲即便渲染了該物體也會是一個點，因此不進行渲染。在玩兒一些早期的3D遊戲時候有時候會出現這種狀況,一直向前走,前方的建築物會忽然從遠處出現,我想也是這種緣由吧

在近剪裁面以外的物體: 若是渲染的話會是一個很是大的物體,因此也不進行渲染。(近剪裁面若是用現實中的相機作比喻彷佛不是很容易理解,當時若吧這個放入數學定義中去理解，反而容易一些)

世界座標到相機座標的轉換

當肯定好視景體後，也就能夠肯定了哪些物體最終能夠見，哪些是不能夠見。剔除這些不可見的物體後，須要將其他物體進行世界座標到相機座標的轉換。

在一種極端狀況下是不須要進行該步驟的，就是相機在原點(0,0,0)且方向和座標軸的方向是一致的,此時不須要再進行轉換

可是大部分時候，相機實際上是不在原點的，且所朝的方向也不是座標軸方向。

此時就要對這些物體(物體的每一個頂點)進行世界座標到相機座標的變換。

變換一共分爲幾個步驟，

第一步平移

如圖，也就是假設相機的座標點爲(cam_x,cam_y,cam_z),那對全部剩餘物體的頂點均執行平移操做(world_x-cam_x,world_y-cam_y,world_z-cam_z)

第二步旋轉

此時相機已經處於座標原點處了,不過相機鏡頭仍舊是歪的,仍舊須要對其進行x,y,z三方向旋轉才能夠將相機還原爲最開始那張圖所畫的樣子。

對於先旋轉哪一個，後旋轉哪一個是無所謂的。及按xyz仍是zyx方向旋轉都是同樣

最終流程：

爲什麼要進行相機座標轉換

若是還不是很理解爲什麼要進行相機座標轉換，能夠再回到2D世界，仍是最先的例子，那個正方形A(0,0) B(0,50) C(50,0) D(50,50) 通過的局部到世界座標的轉換是A'(0+81,0+100) B'(0+84,0+50) C'(50+84,0+100) D'(50+84,50+100)

A'點也就是爲(0+81,0+100)->(81,100)

此時若是假設你本身就是相機,眼睛和舞臺的0,0點對齊,眼部和顯示器距離爲300,那麼A'點在你眼中的三維座標也就是(81,100,300)

此時也就是以前所說的極端狀況，攝像機和全局座標同軸且共相。那A'點(81,100,300) 也就是最終渲染到屏幕上面的座標點，可是

若是此時你離開顯示器一段距離,且歪一下腦殼,再看A'點(81,100,300),這時候其所在你本身眼睛(攝像機)中的位置就不是原來那個位置了,

假設此時你看到的景象是M，

那你能夠想象此時你回到原位,而後有另一我的,抱起你的顯示器放在另一個位置且稍微轉一個角度

此時你看到的景象仍舊是M，

那我的對那個物體進行的操做(抱起來放邊上且轉了一個角度)就是相機座標變換

物體剔除&背面消除

這塊知識我想簡單的說一下,在《3D遊戲編程大師技巧》裏面有很是詳細的說明

物體剔除:

物體剔除在2D中也是存在的,對一個物體進行包圍盒測試,若是再也不場景內則不顯示該物體,3D中也是作一樣的操做，只不過包圍盒是三維的,且探測範圍也再也不是一個平面，而是整個視景體。