Краткий курс компьютерной графики: пишем упрощённый OpenGL своими руками, статья 3 из 6
Знакомьтесь, это мой друг z-buffer головы абстрактного африканца. Он нам поможет убрать визуальные артефакты отбрасывания задних граней, которые у нас оставались в прошлой статье.
Кстати, не могу не упомянуть, что эта модель, которую я использую в хвост и в гриву, была любезно предоставлена замечательным Vidar Rapp.Мы её можем использовать исключительно в рамках обучения рендерингу. Это очень качественная модель, с которой я варварски обошёлся, но я обещаю вернуть ей глаза!
В теории можно не отбрасывать невидимые грани, а просто рисовать всё подряд, начав с самых задних, и заканчивая передними.Это называется алгоритмом художника. К сожалению, он весьма затратен, на каждое изменение положения камеры нужно пересортировывать сцену. А бывают ещё и динамические сцены… Но даже не это основная проблема. Проблема в том, что не всегда это можно сделать.
Давайте представим себе простейшую сцену из трёх треугольников, камера смотрит сверху вниз, мы проецируем наши треугольники на белый экран: 
Вот так должен выглядеть рендер этой сцены.
Синяя грань — она за красной или перед? Ни то, ни то. Алгоритм художника здесь ломается. Ну, то есть, можно синюю грань разбить на две, одна часть перед красной, другая за. А та, что перед красной, ещё на две — перед зелёной и за зелёной… Думаю, достаточно ясно, что в сценах с миллионами треугольников это быстро становится непростой задачей. Да, у неё есть решения, например, пользоваться двоичными разбиениями пространства, заодно это помогает и для сортировки при смене положения камеры, но давайте не будем себе усложнять жизнь!
Давайте потеряем одно из измерений, рассмотрим двумерную сцену, полученную пересечением нашей сцены и жёлтой плоскости разреза: 
То есть, наша сцена состоит из трёх отрезков (пересечение жёлтой плоскости и каждого из треугольников), а её рендер — это картинкатой же ширины, что и нормальный рендер, но в один пиксель высотой: 
Снимок кода, как обычно, на гитхабе. Поскольку у нас сцена двумерная, то её очень просто нарисовать, это просто три вызова функции line (), которую мы запрограммировали в самый первый раз.
{ // just dumping the 2d scene (yay we have enough dimensions!) TGAImage scene (width, height, TGAImage: RGB);
// scene »2d mesh» line (Vec2i (20, 34), Vec2i (744, 400), scene, red); line (Vec2i (120, 434), Vec2i (444, 400), scene, green); line (Vec2i (330, 463), Vec2i (594, 200), scene, blue);
// screen line line (Vec2i (10, 10), Vec2i (790, 10), scene, white);
scene.flip_vertically (); // i want to have the origin at the left bottom corner of the image
scene.write_tga_file («scene.tga»);
}
Вот так выглядит наша двумерная сцена, наша задача посмотреть на эти отрезки сверху.
Давайте теперь её рендерить. Напоминаю, рендер — это картинка шириной во всю сцену и высотой в один пиксель. В моём коде я её объявил высотой в 16, но это чтобы не ломать глаза, рассматривая один пиксель на экранах высокого разрешения. Функция rasterize пишет только в первую строчку картинки render.
TGAImage render (width, 16, TGAImage: RGB);
int ybuffer[width];
for (int i=0; i
void rasterize (Vec2i p0, Vec2i p1, TGAImage &image, TGAColor color, int ybuffer[]) {
if (p0.x>p1.x) {
std: swap (p0, p1);
}
for (int x=p0.x; x<=p1.x; x++) {
float t = (x-p0.x)/(float)(p1.x-p0.x);
int y = p0.y*(1.-t) + p1.y*t;
if (ybuffer[x] Давайте разбираться поэтапно: после вызова растеризатора для первой (красной) линии вот что мы имеем в памяти: содержимое экрана: содержимое y-буфера: Дальше мы рисуем зелёную линию, вот память после вызова её растеризатора: содержимое экрана: содержимое y-буфера: Ну и напоследок синюю: содержимое экрана: содержимое y-буфера: Поздравляю вас, мы нарисовали нашу двумерную сцену! Ещё раз полюбуемся на финальный рендер: Снимок кода на гитхабе.
Внимание: в этой статье я использую ту же самую версию растеризатора треугольника, что и в предыдущей. Улучшенная версия растеризатора (проход всех пикселей описывающего прямоугольника) будет вскорости любезно предоставлена и описана в отдельной статье уважаемым gbg! Stay tuned.Поскольку у нас экран теперь двумерный, то z-буфер тоже должен быть двумерным:
int *zbuffer = new int[width*height];
Я упаковал двумерный массив в одномерный, конвертировать можно как обычно: из двух координат в одну:
int idx = x + y*width;
Обратно:
int x = idx % width;
int y = idx / width;
Затем в коде я прохожу по всем треугольникам и делаю вызов растеризатора, передавая ему и картинку, и z-буфер.
triangle (screen_coords[0], screen_coords[1], screen_coords[2], image, TGAColor (intensity*255, intensity*255, intensity*255, 255), zbuffer); […] void triangle (Vec3i t0, Vec3i t1, Vec3i t2, TGAImage &image, TGAColor color, int *zbuffer) {
if (t0.y==t1.y && t0.y==t2.y) return; // i dont care about degenerate triangles
if (t0.y>t1.y) std: swap (t0, t1);
if (t0.y>t2.y) std: swap (t0, t2);
if (t1.y>t2.y) std: swap (t1, t2);
int total_height = t2.y-t0.y;
for (int i=0; i Обратите внимание, что backface culling в моём коде оставлен:
if (intensity>0) {
triangle (screen_coords[0], screen_coords[1], screen_coords[2], image, TGAColor (intensity*255, intensity*255, intensity*255, 255), zbuffer);
}
Он не является необходимым для получения этой картинки, это только ускорение вычислений.Текстуры! Это будет домашняя работа.В .obj файле есть строчки vt u v, они задают массив текстурных координат.Среднее число между слешами в f x/x/x x/x/x x/x/x — это текстурные координаты данной вершины в данном треугольнике. Интерполируете их внутри треугольника, умножаете на ширину-высоту текстурного файла и получаете цвет пикселя из файла текстуры.Диффузную текстуру брать здесь. Вот пример того, что должно получиться. Вращать голову не обязательно :)
Здесь мерзким фиолетовым цветом отмечена минус бесконечность, это те места, где ни одного пикселя ещё нарисовано не было.Всё остальное градациями серого, т.к. ybuffer это не цвет, а глубина данного пикселя. Чем белее, тем ближе к камере был данный нарисованный на экране пиксель.
