三维渲染过程

三维成像过程

三维成像的过程，相对二维来说比较复杂，但是也并不是很难理解。

由于显示屏是二维的，所以二维成像很简单，只需要把图像逐个像素设置正确，直接显示到屏幕上即可。

也正因为显示屏是二维的，三维显示过程，表面上只需要把三维变成二维即可。而实际上，这个过程，包括矩阵变化，裁剪，光棚等阶段。

如果所示：

1、首先，我们通过计算公式或者实测数据，形成地表电磁数据。由于高度不同，所以数据是三维数据。这些数据，包括各个点数据（即三维中的顶点数据），颜色数据。但是为了显示效果，我们可能会附加上纹理数据（例如地表图片）和法线数据（为了形成真实美观的阴影效果）

2、顶点数据可以直接传递给显存，也可以通过顶点数组和显示列表传给显存。这些传入的数据，基本上就是本地坐标（如果直接整体传入，也可以认为是一个整体，并且以0为基点。）

3、数据有了，要想把它显示出来，必须是被摄像机捕获到。这里可以理解成人眼，只有到了人的视野之内，人才可能是看到物体。如下图所图，摄像机会形成一个梯形空间，只有物体进到这个空间之中后，才能被识别。如果我们有1万个测试点数据，但是只有100个在这个空间之中，即只有这一百个会显示，其它的就可以不用显示了，因为即使显示了，也看不到。（如果视角变化了，看到其它的，那也是下一帧的事了。）

4、当然，如果用梯形空间去进行裁剪，计算量太大，我们经常是把裁剪体做成一个立方体，和梯形视锥可能不太一样，但是计算量会小很多。

5、裁剪完后，我们的可视空间里就只有需要显示的数据了，这时就可以把这些数据投影到远平面上了。这里我们可以把远平面上的图像，这样就可以形成二维坐标了。也可以想象成二维的图片。

6、形成远平面上的图像后，我们就可以把整个物体的显示轮廓画出来了。这个阶段就是根据索引将顶点链接到一起，组成线、面单元，然后进行裁剪，如果一个三角形超出屏幕以外，例如两个顶点在屏幕内，一个顶点在屏幕外，这时我们在屏幕上看到的就是一个四边形，然后把这个四边形切成两个小的三角形。现在我们得到了一堆在屏幕坐标上的三角形面片，这些面片是用于光栅化的。

7、这时，我们就可以把坐标、深度、颜色、纹理坐标等属性综合起来，在图型上上色了。这里我们不但要进行颜色的融合，还需要进行消除遮挡面和雾化等过程。

8、最后把得到的图像直接输送出去，就可以贴到显示器上了。

以上是三维成像的基本流程，这个过程一般称做三维固定管线的渲染过程。

shader

但是，由于固定管线不会考虑到特殊情况，（举个例子，我们如果要显示的区域是一半在房间里，一半在房间外，房间里还有黄色的灯，直接用固定管线颜色直接插值可能满足不了。）所以我们为了显示效果更加真实，就可能会改变这个过程中的一些步骤。这种通过程序的方法，改变管线渲染过程的方法，被称为shader。

固定管线的渲染过程的八个步骤，并不是所有都可以改变的，一般我们能改变的只有三个：

Vertex Shader(顶点着色器) 替换 顶点处理阶段

Fragment Shader(片元着色器，又叫像素着色器) 替换 片元处理阶段

Geometry Shader(几何着色器) 替换 图元组装阶段.

Instance

另外，由于opengl对顶点数据输入的要求，我们可能对同一数据传入多次，这样，内存与显存的交互太频繁，这样可能会影响效率，这时，我们可以一次性传入多个。比方，原来画一百架飞机，需要传一百次，画一百次，现在可以把一百架飞机一次性传入，做好相对坐标，直接画出啊。