一个3D物体是怎么被画出来的

当你在屏幕上看到一个3D物体时，它实际上经历了一个复杂的渲染过程。这个过程将3D空间中的几何数据转换为屏幕上的2D像素。

渲染管线流程

一个3D物体从数据到屏幕显示，需要经过以下几个主要阶段：

详细流程

详细流程

1. 加载3D模型

3D物体首先以数字形式存在，一般包含：

• 顶点坐标（位置信息）
• 顶点属性（颜色、法线、纹理坐标等）
• 索引信息（定义哪些顶点组成三角形）

2. 变换到屏幕坐标

3D图形经过矩阵运算，转换成为2D屏幕上的坐标。

通常发生在顶点着色器

变换详见3D渲染下的各种变换

顶点着色器同时还会处理其他顶点属性（颜色、法线、纹理坐标等）

3. 图元装配与裁剪

• 将变换后的顶点组装成基本图形（通常是三角形）
• 裁剪处理：将屏幕外看不到的三角形移除，将能看到一部分的三角形切割，只保留可见部分

4. 视口变换

将标准化设备坐标（NDC）转换为屏幕像素坐标：

• X、Y坐标：从[-1,1]映射到实际屏幕像素范围（如0-1919, 0-1079）
• Z坐标：从[-1,1]映射到深度缓冲区范围（通常是[0,1]）

5. 光栅化

确定每个三角形覆盖屏幕上的哪些像素， 并为每个像素计算插值后的顶点属性（如颜色、纹理坐标、法线等）

6. 计算颜色

像素着色器为每个像素计算最终结果：

• 应用材质和纹理
• 计算光照效果
• 处理透明度等特效

7. 深度测试

通过比较像素的深度值，确定哪些像素应该被显示（前面的物体遮挡后面的物体

8. 混合

处理透明物体的颜色混合

9. 输出

最终的像素颜色被写入帧缓冲区，显示在屏幕上

关键概念

• 顶点：3D物体的基本构成单元，包含位置和属性信息
• 三角形：现代图形硬件的基本渲染单元
• 变换矩阵：用于坐标转换的数学工具
• 着色器：在GPU上运行的小程序，处理顶点和像素

相关文档

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