unity3D学习之图形学1.docx
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unity3D学习之图形学1
现在教大家一些快速提高自己业务(zhuangbi)水平的方法。
要提高自己的业务水平,第一个要诀是:
忍。
等到别人问你问题,不要主动去说。
问:
图形学中什么最重要
标准答案:
首先得轻叹一口气,注意轻叹一口气的时机非常重要,在思考两到三秒后(其实是故作姿态),然后叹一口气。
哎,学问中哪来的高低贵贱,你想要了解什么,你就问吧。
问:
什么是Shader
标准答案:
请注意,在回答这种问题的时候,仅仅叹气已经不能体现你的业务水平了。
一定要微微抬起头,转向一个没有人的方向,盯着天花板或者天空(取决于你所在的环境),眼神空灵,表情空洞。
表现出一副若有所思,若有所悟的样子,停顿两三秒种之后,微微叹一口气。
哎,shader,不过是管线式渲染体系GPU中的异构子程。
问:
那什么又是异构子程呢
答:
异构与同构,乃是哲学中研究主客体关系的一种概念。
(其实很简单,必须要扯上哲学,才能凸显出业务水平)
被人这样打破砂锅问到底,你会不会觉得快要破功了,那,跟着李总一起学点真东西吧。
什么是真东西
这个问题早有公论:
怎么学真东西
阿基米德说:
给我一个支点,我就能撬动地球
卡马克说:
给我一个像素,我就能弄一个3D引擎
伟人们告诉我们,从零单排就是最好的方式。
从零单排
接下来是一段历史介绍,也就是通常所说的尿点。
有事情的同学可以去忙了。
很久以前,有一个屌丝在浴缸里想出了密度这个概念,那时候连阿拉伯数字都还没有,他叫阿基米德。
不久以前,有一个屌丝在浴缸里没事就在想怎么弄出更好3D效果,那时候连GPU都还没有,他叫约翰卡马克。
现在,有一个屌丝,他没有浴缸,准备陪你一起从零单排3D引擎。
现在连一行代码都没有,他叫李总。
很久以前,在3D图形硬件还没走走上舞台的时候,3D画面,需要卡马克这样的人在自己的软件中开发出3D渲染功能。
所谓渲染,就是突出描写,对画画来说,就是精加工。
卡马克手里的工具就是像素,他写代码把一个个像素画成了3D画面,今天我们叫这个模块:
渲染引擎。
软件中自己实现了渲染引擎,软渲染,就是这个意思。
那个时代,渲染就是指软渲染。
后来3DFX搞出了Voodoo,GPU才真的普及了,OpenGL、DirectX这一个如雷贯耳的东东才一个个出现,开创了3D硬件加速时代的乱世纷争。
直到Nvidia吃掉了3Dfx,打败Trident的TNT、S3的野人,ATI也打响了镭这个品牌,整个世界仿佛在A卡N卡的光辉下,忘却了渲染本来就是程序。
从此以后,一谈渲染,必定是A卡N卡的硬件加速渲染。
而过去的那个渲染,就叫软渲染。
历史说到这里为止。
不积跬步,无以至千里;不积小流,无以成江海。
不学说话,唱不了歌;不学算数,解不了方程。
软渲染,非学不可
开始开发地球上最简陋的软渲染引擎
我们将不使用一个像素,在100行代码内,开发一个基础的渲染引擎。
首先,新建一个控制台项目,我们说过的,不用像素,控制台程序不能绘图。
96行,展示了主循环,建立了一个六个顶点组成的模型,每帧清除画面,并绘制模型,这就是一个3D引擎了。
运行起来是这样的。
3D引擎的本质就是在屏幕上画三角形,我们做到了,96行代s码。
在屏幕上画三角型就叫做光栅化,现在你已经可以深刻的研究,什么是光栅化。
光栅化就是根据三角形,画出屏幕上的一个个像素,我用的方法并不为高效,而只为清晰易懂。
我用了在三角形的AABB碰撞盒范围内按照字符(像素)进行扫描的方法,扫描时判断每个点在不在三角形内。
这里用了一种叫做同向法的方法来判断,这个专题不讨论这种对业务(zhuangbi)水平没有帮助的基础问题,如果有基础知识的空缺,需要自己搜索补充一下。
接下去,我们要让个模型动起来。
在DXOGL的固定管线设计中,设计了三个矩阵去对顶点进行T&L操作,变换与光照。
在可编程管线中,就一个矩阵,传递给VertexShader,去做变换与光照。
矩阵是可以摸得着,看的见的东西,他并不神秘,接着往下看。
我们也会做一个VertexShader,Shader也并不神秘,往下做你自己就明白了
先来休息一下,回顾一下,把这张图缩小一点,是不是三角形变的清晰起来了
稍微研究一下,你会有一种感觉
3D引擎不过如此
空间变换
为了让模型动起来,我们要对模型做空间变换,听上去好高大上,其实空间就是坐标系。
控制台屏幕,左上角0,0。
右下角80,25,这就是屏幕空间。
而模型为了方便使用,一般会以模型的中点为零点,向三方向扩展描述一个模型的坐标系。
比如
y轴向上,x轴向右制作模型,让模型的脚底作为零点,让模型的高度为10
至少需要这些条件才能描述清楚一个坐标系
而模型的零点在他自己的坐标系中永远是零,而当他要在其他坐标系中出现的时候,他需要一个位置。
若要问在控制台屏幕上,我们的模型零点在哪?
这就是空间变换。
模型是由顶点描述的,只要变换了每一个顶点,就变换了整个模型。
矩阵
为了对顶点做变换,我们加入了矩阵,用了一个3X4矩阵,这是3D变换中最常用的矩阵,有些数学库不提供3X4矩阵,用
4X4可以兼容。
M11m12m13m14
M21m22m23m24
M31m32m33m34
初看矩阵,会觉得这密密麻麻的数字,高深莫测。
其实他却是最简单质朴,土的掉渣的数学工具。
矩阵就好像计算器,我们只写了一个顶点变换函数,输入顶点xyz由m11到m13功能决定输出的x,在加上m14.
矩阵的变换方法,仔细一看是非常简单的,就是用乘法和加法建立了关系。
对于算法,计算并不重要,计算所带来的意义才重要。
就像小学生考数学必须手算,后来,考试就可以用计算器。
只要我们理解了算法的意义所在,知道何时应用一个算法能产生怎样的效果。
剩下的事情,交给计算器去做吧。
简单质朴,土的掉渣的矩阵可以做什么呢?
蔡依林最懂。
旋转、跳跃、我闭着眼。
把那个行列式填成这样
1000
0100
0010
你可以试算一下变换函数,随便输入一个顶点,输出结果没有变化。
三点成一面,输入一个三角形就不会有变化。
输入一个模型,也不会有变化。
然后运行一下
是不是很有趣呢,旋转跳跃我闭着眼,用你强大的空间想象(脑补)能力把它想象成师洋在跳舞娘,简直停不下来啊。
旋转是通过改行列式的值
M14M24是XY的偏移,如果你渐进的改编他们,就可以获得跳跃的效果
M11M22的修改可以产生缩放,我们也让他动起来,像眯眯眼一样。
旋转、跳跃、我闭着眼。
最终就变成了这样
矩阵建议你自己玩一玩,这里只要建立起矩阵能干什么,怎么做到的这个基本的概念。
知道矩阵的合成,剩下就可以交给那些数学库去完成了,没要必要什么都自己算。
文章来自【狗刨学习网】
搞图形,最重要的是空间想象(脑补)能力
Shader
Shader简单到什么程度呢,你如果读到这里,在havefun1的源码中早就窥透了Shader
所谓Shader,就是把顶点变换,和像素输出,两个步骤,抽象成为了两个函数,再配合一些参数。
Shader就是程序,还记得我们是在哪里破功的么
问:
那什么又是异构子程呢
答:
异构与同构,乃是哲学中研究主客体关系的一种概念。
(其实很简单,必须要扯上哲学,才能凸显出业务水平)
我们这个不足200行的引擎中的Shader是和引擎一样用C#编写的,同构子程序。
而GPU中执行的Shader要用专门的语言编写,hlslcgglsl,和引擎编写的程序不同,异构子程序。
区别,仅仅就是这样。
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