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7.渲染管线——几何阶段的概述

几何阶段是渲染管线中的一个重要部分,主要负责处理3D模型的几何信息(比如顶点位置、形状、大小等),并将它们转换为屏幕上的2D图像。用通俗易懂的方式来解释:


通俗解释:几何阶段就像把3D模型“拍扁”成2D照片

想象你是一个摄影师,正在用相机拍摄一个3D场景:

  1. 摆放模型(顶点处理)

    • 你需要把3D模型摆好位置,调整它们的形状和大小。

    • 这一步就像在摄影棚里摆放道具和演员。

  2. 调整相机(变换和投影)

    • 你需要调整相机的位置、角度和镜头,决定从哪个方向拍摄。

    • 这一步就像选择拍摄的角度和距离。

  3. 拍扁成2D照片(投影到屏幕)

    • 相机按下快门后,3D场景被“拍扁”成一张2D照片。

    • 这一步就像把3D世界转换成2D图像。


几何阶段的具体步骤

  1. 顶点处理(Vertex Processing)

    • 输入:3D模型的顶点数据(位置、颜色、法线等)。

    • 任务:对顶点进行变换(比如移动、旋转、缩放)和光照计算。

    • 通俗理解:调整模型的位置、形状和颜色,打好灯光。

  2. 图元装配(Primitive Assembly)

    • 输入:处理后的顶点。

    • 任务:将顶点组装成图元(点、线、三角形)。

    • 通俗理解:用顶点拼出基本的几何形状,比如三角形。

  3. 几何着色器(可选,Geometry Shader)

    • 输入:图元。

    • 任务:生成新的图元或修改现有图元。

    • 通俗理解:在拍摄前对场景做一些特效处理,比如复制一些物体。

  4. 裁剪(Clipping)

    • 输入:图元。

    • 任务:去掉屏幕外的部分,只保留可见的部分。

    • 通俗理解:去掉照片中不需要的背景,只保留主体。

  5. 屏幕映射(Screen Mapping)

    • 输入:裁剪后的图元。

    • 任务:将3D坐标转换为2D屏幕坐标。

    • 通俗理解:把3D场景“拍扁”成2D照片,准备显示在屏幕上。


举个例子

假设你要渲染一个3D房子:

  1. 顶点处理

    • 你调整房子的位置、大小和颜色,打好灯光。

  2. 图元装配

    • 你用顶点拼出房子的墙、屋顶和窗户(都是三角形)。

  3. 裁剪

    • 你发现房子的一部分在屏幕外,于是去掉这些部分。

  4. 屏幕映射

    • 你把房子的3D坐标转换成2D屏幕坐标,准备显示在屏幕上。


总结

几何阶段的核心任务是把3D模型转换成2D图像。它就像摄影师拍摄3D场景的过程:摆放模型、调整相机、拍扁成2D照片。通过顶点处理、图元装配、裁剪和屏幕映射等步骤,几何阶段为后续的光栅化和片元处理奠定了基础。

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