3D渲染--OpenGL

迷南。 2022-12-27 14:15 293阅读 0赞

1、图形硬件

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GPU（Graphics Processing Unit）：

**像素和帧**

基本所有现代显示器都是基于光栅的，一个光栅是一个像素的2D矩形网格，一个像素有两个属性：颜色和位置。颜色以RGB分量表示--经常8位一个分量或者24位一个像素。位置以（x,y)形式表示。原点（0,0)在左上角，如下图所示：

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每个像素的颜色位数成为显示器深度，矩形网格的行列数成为显示器的分辨率，比如640\*480(VGA), 1024\*768(VGA)....

**帧缓存和刷新率**

像素的颜色值存储在称为帧缓存的图形内存中。GPU将颜色值写入到帧缓存。显示器次用做到右，从上到下逐行从帧缓存读取颜色值，并将每个值显示在屏幕上，这称为光栅扫描。显示器每秒刷新屏幕数十次，称为刷新率，对于LCD显示器一般是60HZ。

**双缓存和垂直同步**

当显示器从缓存读取数据显示到当前帧的时候，我们可能正在为下一帧更新内容，这样就导致屏幕一部分显示新帧和一部分旧帧的内容，真就是所谓的撕裂。

双缓存可以解决此类问题，不使用单帧缓存，而是使用两个缓存：前缓存跟后缓存。 显示器从当前缓冲区读取，而我们将下帧写到后缓存区。完成后，我们像GPU发出信号交换前后缓冲区。

单独使用双缓存并不能解决整个问题，因为缓存区交换可能发生在不适当的世界，例如，在显示器处于显示旧帧的中间时，这就需要通过光栅扫描结束时候成为垂直同步（VSYnc）来解决。当我们向GPU发出信号进行缓存交换时， 在显示整个当前帧之后，GPU将等待下一个VSync进行实际交换。

需要注意的是：当VSync缓存交换使能后，你不能以比显示屏刷新率更快速度刷新。对于LCD、LED显示器，通常刷新率是60HZ。或者每帧16.7ms。此外，如果以固定帧率刷新应用程序，你最终的刷新率很可能是显示器刷新率的整数因子，比如1/2, 1/3, 1/4等。

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2、3D渲染管线

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需要补充一些OPenGLES的可编程渲染管线：

3D图形渲染管线主要包括以下几部分：

1、顶点处理

2、光栅化

3、Fragment Processing

3、输出合并

3、顶点、图元、Fragment和像素

3.1 3D图形坐标系

openGL是右手坐标系，x轴朝右，y轴朝上，z轴指向显示器外。Direct3D是左右坐标系，z轴相反。本文采用opengl的RHS和CCW。

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3.2 图元

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3.3 顶点

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顶点索引

3.4 像素和Fragment

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[https://www3.ntu.edu.sg/home/ehchua/programming/opengl/CG\_BasicsTheory.html][https_www3.ntu.edu.sg_home_ehchua_programming_opengl_CG_BasicsTheory.html]

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[https_www3.ntu.edu.sg_home_ehchua_programming_opengl_CG_BasicsTheory.html]: https://www3.ntu.edu.sg/home/ehchua/programming/opengl/CG_BasicsTheory.html