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游戏开发入门三图形渲染笔记
渲染一般分为离线渲染与实时渲染游戏中我们用的都是实时渲染。
1.实时渲染又可以分为2D渲染与3D渲染。 早期的2D渲染是通过把一块内存图片像素数据往另一块显示缓冲区上搬运的方式实现图片绘制的。
不过现在很多2D渲染的渲染方式已经采用3D渲染了。原因是当前显卡从架构上就利于并行处理绘制速度更快可以很方便提供各种3D效果还节省图片资源内存。
3D的渲染简单概括一下就是把一个空间中的模型所有点的数据取出来经过空间转换到2维屏幕上然后根据各项参数与数据在绘制到屏幕上。
现在几乎所有的游戏都是使用3D的渲染流程。
2.3D渲染中基本单位就是顶点顶点数据信息包括如下
位置相对模型位置颜色可有可无可以在后面再处理法线主要是用于光照计算可以知道哪边是背光骨骼权重一个点可能跟随多个骨骼运动贴图UV
3.MipMap 一般自动生成远处的角色自动使用小的贴图减少不必要的开销 MipMap生成时由于边缘问题可能产生混色所以一个贴图明显不同的地方可以留几个像素 4.DX 微软的图形编程API着色语言是High Level Shader LanguageHLSL只能在Windows使用OpenGLOpenGraphicsLibrary 着色语言是OpenGL Shader LanguageGLSL跨编程语言跨平台
5.DX8与OpenGL2.0以后就都支持可编程渲染管线 vertexShader与pixelShader。现在更新的版本还支持GeometryShader
渲染管线 6.ES2.0管线流程 顶点buffer数据——Vertex Shader——PrimitiveAssembly图元装配—— 【如果有的话GeometryShader】 Rasterization 光栅化——Fragment Shader即Pixel Shader——PerFragementOperation——FrameBuffer
7.ES2.0管线简述 Vertex Shader 顶点变换 移动旋转缩放坐标系转换投影变换 光照计算 做法线变换和法线规格化 纹理坐标转换 修改UV偏移缩放等
这个阶段所接收到的数据则是每个顶点的属性特征输出则是变换后的顶点数据 GeometryShader 对一组已经组成图元的顶点进行处理可以改变图元类型和个数
Rasterization 光栅化 把一个矢量三角形变成一个位图图像填充像素每个顶点之间会通过颜色数据自动进行插值。 FragmentPixel Shader 得到的是片元信息即每个像素的深度颜色等可以修改颜色也可改变像素的深度(z-buffering)。 一个Pixel Shader不能产生复杂的效果因为它只在一个像素上进行操作而不知道场景的几何形状
PerFragementOperation 片段测试进一步筛选出不必要的信息具体测试流程如下
Pixel ownership test测试该像素用户是否可见是否被其他窗口遮挡Scissors Test裁剪测试判断是否在定义的裁剪区域内Stencil Test模板测试决定了像素的颜色值是否要被写入到渲染目标 这个有点像PS里面的遮罩相当于我用一个锅把桌子盖住盖住的部分不渲染Depth Test深度测试就是距离摄像机近裁剪面的距离剔除深度高的Blending:混合,对于特殊的材质比如玻璃等半透明物体Dithering抖动显示就是用少量的颜色来表现更广泛的颜色的可以到wiki上查一下https://en.wikipedia.org/wiki/DitherFrameBuffer最终的渲染数据
8.HDR基本原理 高动态范围图像(High-Dynamic Range从表现上可以提供更高的色深、更广的动态范围和更强的色彩表现力经常用来调整曝光。
基本原理现实最亮的物体亮度和最暗的物体亮度之比为10^8人的肉眼识别的亮度信息只有10^5左右。但是显示器表示256种亮度。 所以问题就是一般我们的显示设备的亮度跨度过大而且人眼对不同亮度的敏感度也不同参考伽马校正 https://en.wikipedia.org/wiki/Gamma_correction所以需要一套校正显示器显示的系统可以简单理解为HDR。
9.为什么一个角色的衣服要在多个帧去渲染 因为不同位置的材质可能不同其管线中的vertexshader等处理也可能不同所以要分开绘制。
10.常见的渲染效果
全局光照解决的核心问题就是如何很好地表现物体间的相互反射问题最直接的问题就是如何找到一种更合理的方式来取代局部光照中的ambient(环境光)有多种实现方法例如辐射度、光线追踪、环境光遮蔽ambient occlusion、Light Probe等阴影比较流行的主要是shadow mapping和shadow volume。shadow mapping基本原理是场景的深度渲染到一张深度缓冲区中我们可以在场景中获得一张阴影或者无阴影的贴图然后用这个深度图进行渲染。Shadow volume基本原理是根据光源和遮蔽物的位置关系计算出场景中会产生阴影的区域shadow volume然后对所有物体进行检测以确定其会不会受阴影的影响。扭曲把一定范围的像素的UV进行扭曲
11.后处理 相当于对渲染完成后图片的处理这个是对像素进行处理的不在渲染管线的流程里面
AO环境光遮蔽描绘物体和物体相交或靠近的时候遮挡周围漫反射光线的效果基本原理就是物体相交位置的深度不同深度大的位置就变暗。现在游戏中比较常用的还有一个SSAO。
模糊有高斯模糊径向模糊等基本原理就是对一定范围的像素点的颜色进行平均混合操作。
景深Z值高达一定值就行像素虚化
辉光(光溢出)某一点的颜色会扩散到他附近的屏幕空间可以首先进行一次模糊处理然后对模糊后的图片与原来的图片进行Alpha混合。
12.材质、贴图、纹理(34 封私信 / 81 条消息) 贴图、纹理、材质的区别是什么 - 知乎 (zhihu.com)
一堂课学会shader笔记
第一节课 1.Shader分为两种 vertex Shadervs Pixel Shaderps
2.在3D空间渲染中一个贴图渲染其实与3D渲染相似只不过他是有四个在一个平面的定点组成把图的渲染类似贴图 信息取出来进行渲染。 拓展传统的2D游戏是通过把一块内存图片往另一块显示缓冲区上搬运的方式实现图片绘制的 渲染都是靠CPU的多媒体指令加速。举例来说一个二维角色动画可以通过制作其多个序列帧图片循环 播放来实现。所以我们需要保存多个图片资源加载时间长还占用内存。 DX里面的Direct2D是在Direct3D基础上多出来的一层封装借助Direct3D的功能实现了对底层硬件的直接访问 从使用的接口上是简化了直接使用Direct3D实现2D效果的一些复杂代码因此可以认为效率和3d相同而使用方法上更简单了 问我们常见的UI的渲染走的是不是3D渲染管线? 是的。
3.问vs函数不写shader也会执行默认管线里面的顶点处理与shader里面的是什么关系 答默认可以不写shader那么渲染管线就像传统管线一样正常输出。DX8与OpenGL2.0以后出现可编程渲染渲染管线管线里面多出了VS与PS阶段。
4.问默认vertex Shader都进行哪些操作 答vs默认就是处理顶点变换的可以简单认为是将空间中的顶点坐标转为摄像机屏幕空间的顶点坐标这里面涉及到多个转换。
5.Shader函数执行是通过GPU执行的而且是并行执行每个顶点的每个函数。
6.问顶点需要进一步进行图元装配变成三角形图元装配怎么理解?在哪一步进行 答图元装配就是根据一定数量的顶点装配成可以渲染管线可以处理的基本图元。在顶点处理之后
7.三角形是最小的光栅化单元光栅化简单理解就是把顶点数据“位图”化从顶点转换为像素。 要确定三角形在屏幕占多少个像素点光栅化时所有的像素是没有颜色的。需要从贴图里面拷贝 颜色信息。
8.PS函数是针对像素来处理的也是并行的。
9.注意两种投影 透视投影perspective 与 正交投影 orthography。 透视投影的过程简单理解就是将一个视锥不断的压缩 得到的效果就是近大远小。正交投影就是无论从哪个位置看大小都是一样的。
10.关于景深图 就是其Z值构成的能也清晰的看到轮廓原因就是一个Z值小的地方浅边缘处 是其他物体Z值大。0-1
11.Z值深度应用
a.景深效果 Z值高达一定值就行像素虚化 b.SSAO 屏幕空间环境光遮蔽 发现如果当前位置与附近像素点的位置深度信息不同深度大的位置就变暗
第二节课 1.Render Texture离屏渲染 渲染结果不仅可以到屏幕也可以到图片上。虚幻里面有一个RenderTarget原理相同。
2.顶点处理MVP
Modeling Transformation模型矩阵变换模型点相对坐标转换到相对世界坐标平移旋转缩放View相对视角变换世界坐标系一个点转换到摄像机坐标系里Projection投影变换挤压过程比较复杂3.Shader里面最简单的变换就是MVP 将输入的顶点相对其模型的坐标输出一个完成MVP变换的可以 与屏幕空间对应的二维坐标结果是3维另外两维可以认为无效
4.DX9之前渲染管线是几乎固定的我们无法使用shader参与中间过程的渲染
5.对于某些顶点我们直接返回其在屏幕上固定的坐标可以实现类似UI的效果
6.VS函数可以用来处理蒙皮骨骼动画根据权重处理渲染
7.CPU与GPU架构不同互相不能访问显存与内容
8.CPU一开始会得到模型的顶点等数据需要UpLoad到GPU然后GPU去处理 这个UPload过程不能频繁进行因为顶点数据是很多的,所以一般渲染时我们看到模型在变化其实在CPU他的位置是没变的
第三节课1.BillBoard广告板的效果实现原理 效果就是一个物体永远对着摄像机。原理是先做MV处理在投影前把广告版强制沿着摄像机视窗平面展开 使图像一直对着摄像机然后再做投影变化P处理。
2.shader传入的参数可以自己规定
3.图元装配细节 一个VertexBuffer作为顶点缓存一个IndexBuffer作为索引缓存然后索引缓存里面每三个顶点对应一个三角形顶点顺序不能反
4.光栅化是一个有损的过程 把一个矢量三角形变成一个位图图像每个顶点之间会通过颜色数据自动进行 插值。
5.UV UV就是我们每个渲染顶点对应图片的坐标位置渲染的时候需要根据当前顶点的UV数据去图片上找到对应的颜色信息。
6.采样 属于光栅化的一个步骤就是上面描述的根据UV从图片对应位置取颜色信息
7.VS函数的输出就是PS函数的输入PS函数输出的是颜色值
8.由于顶点的数量是有限的PS得到的UV信息需要在VS里面经过插值处理
9.FilterMode
Point采样只在指定位置采样Bilinear采样附近4个位置采样Trilinear两次一次在精细图四个位置采样第二次在小的图四个位置采样
10.shader应用
裁剪图片马赛克先扩大100倍取值后缩小忽略小数点有的只重复会被忽略阴影从光源方向加一个摄像机先渲染一遍记录深度。最终渲染利用这个信息全屏泛光可以影响模型之外的像素从当前像素附近取其他像素颜色进行调整UI处理 可以直接丢弃某些位置的渲染实现拼图功能
11.减少采样有利于性能的提升 视频链接游戏开发入门系列3 图形渲染第1节_哔哩哔哩_bilibili
