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Chapter 2. The Graphics Rendering Pipeline 图形绘制流水线金小刚 Email: ******@. 浙江大学 CAD&CG 国家重点实验室,教 I 三楼主要内容 l流水线的主要功能是根据给定的虚拟摄像机、三维物体、光源、光照模型、纹理等绘制一幅二维图像。 l A chain is no stronger than its weakest link 流水线的速度是由最慢的部分( bottleneck )而非最快部分决定的。 l我们这章主要集中讲功能( function )而非具体实现( implementation )。 Architecture( 体系结构) Application Application Rasterizer Rasterizer Geometry Geometry Each stage may be a pipeline Three c onceptual stages: Application Stage( 应用层): CPU l用软件来实现,用户可完全控制(而其它层则建立在硬件之上) l应用层的输出为 Rendering primitives (如点、线和三角形) l Processes :碰撞检测、纹理动画、基于变换的动画、 Morphing 、响应输入设备(键盘、鼠标、 VR 头盔)的操作等 The Geometry Stage( 几何层) l主要处理大部分多边形和顶点操作 Model & view Transform Lighting Projection Clipping Screen Mapping 几何层可进一步细分为上述功能层 Model and View Transform Model coordinates Model transform World coordinates View transform Camera coordinates Model space World space Camera or eye space Lighting and Shading l用光照方程计算模型每个顶点的颜色(根据法向、光源、材料、纹理等) l模型通常用三角形表示(大部分图形硬件支持) l光亮度插值技术:主要是 Gouraud shading Projection l光照计算后的下一步是投影变换,把视域体( view volume )变换为一单位立方体 l两种投影方法: 正交投影(orthographic or parallel projection) 和***投影(perspective projection) l正交投影:视域体从长方体变换为单位立方体。特点:平行线在变换后仍是平行线 l***投影: 视域体从平头锥体变换为单位立方体。物体离摄像机越远,在屏幕上的投影越小,与人的视觉系统相符 Clipping l只有全部或部分可见的物体需要传到光栅化层。 l完全可见: 直接传到光栅化层; 完全不可见: 不需要绘制; 部分可见: 需要裁剪 l由于裁剪在投影变换之后,只需把几何对单位立方体裁剪,使得裁剪变得简单。单位立方体 xzz x 新顶点新顶点 Clipping