从应用阶段和几何处理阶段深入理解渲染流程

渲染流程概述

渲染是计算机图形学中将三维场景转换为二维图像的过程，通常用于生成逼真的视觉效果。渲染流程通常由四个阶段组成：

1. 应用阶段： 此阶段将场景中的对象转换为图元，并应用必要的变换和动画。
2. 几何处理阶段： 此阶段对图元进行进一步处理，包括裁剪、剔除、光照计算和投影等。
3. 光栅化阶段： 此阶段将图元转换为像素，并将其存储在帧缓冲区中。
4. 像素处理阶段： 此阶段对像素进行进一步处理，包括纹理映射、阴影计算、后处理等。

应用阶段

应用阶段是渲染流程的第一个阶段，主要任务是将场景中的对象转换为图元。图元通常是三角形、线段或顶点等简单的几何图形，所有的复杂几何图形都是由这些基本图元构成的。

在应用阶段，首先需要对场景中的对象进行建模，即将它们表示为由图元组成的三维模型。然后，需要对模型应用必要的变换，如平移、旋转和缩放，以便将它们放置在正确的位置和方向。最后，需要对模型应用动画，以便使其在场景中运动。

几何处理阶段

几何处理阶段是渲染流程的第二个阶段，主要任务是对图元进行进一步处理，包括裁剪、剔除、光照计算和投影等。

裁剪

裁剪是将图元裁剪到视锥体内可见的部分的过程。视锥体是三维空间中由相机位置和视场角定义的一个区域，只有位于视锥体内的图元才会被渲染。

剔除

剔除是将被遮挡的图元从渲染列表中剔除的过程。剔除可以提高渲染效率，因为它可以减少需要处理的图元的数量。

光照计算

光照计算是计算图元表面的光照强度的过程。光照强度取决于光源的位置、方向、颜色以及图元表面的材质属性。

投影

投影是将三维图元投影到二维平面的过程。投影可以分为正交投影和透视投影两种。正交投影是将三维图元沿垂直于投影平面的方向投影到投影平面上，透视投影是将三维图元沿从相机位置到投影平面的方向投影到投影平面上。

渲染流程中的基本概念

图元

图元是渲染流程的基本组成单元，通常是三角形、线段或顶点等简单的几何图形。所有的复杂几何图形都是由这些基本图元构成的。

纹理

纹理是应用于图元表面的图像，用于模拟真实世界的材料，如木材、金属、布料等。纹理可以使渲染出的图像更加逼真。

光照

光照是渲染流程中至关重要的因素，它决定了场景中对象的亮度和阴影。光照可以分为自然光和人工光两种。自然光是来自太阳或其他自然光源的光，人工光则是来自灯泡、电灯等人工光源的光。

投影

投影是将三维图元投影到二维平面的过程。投影可以分为正交投影和透视投影两种。正交投影是将三维图元沿垂直于投影平面的方向投影到投影平面上，透视投影是将三维图元沿从相机位置到投影平面的方向投影到投影平面上。

动画

动画是使场景中的对象在时间中运动的过程。动画可以通过关键帧动画或运动捕捉等技术实现。