1. 引言

3D 世界中，點的座標不再是兩個點，而是三個點，X, Y, Z

2. 3D 投影：

• 概念：通過圖形演算法，把3D座標「拍平」顯示到2D螢幕上
• 分類
  • 正交投影：立方體的各個邊，在投影中互相平行
  • 透視投射：在真實 3D 世界中，平行線段會在遠處收斂於一點，就像遠處的馬路匯聚到一點
  • 網格：一堆多邊形的集合。網格越密，表面越光滑，細節越多
  • 三角形：更常用因為能定義唯一的平面

3. 線框渲染 Wireframe Rendering

所有的點從 3D 轉成 2D 後，就可以用畫 2D 線段的函式，來連線這些點。

4. 掃描線渲染 Scanline Rendering

• 是一種演算法名稱
• 作用：填充圖形
• 1967 年誕生於猶他州大學
• 填充的速度叫 fillrate (填充速率)

5. 抗鋸齒：

• 定義：減輕鋸齒的方法
• 原理：如果畫素在多邊形內部，就直接塗顏色；如果多邊形劃過畫素，顏色就淺一些，這種邊緣羽化的效果，看著更舒服些
• 使用場景：字型、圖表等

6. 遮擋 Occlusion

• 在 3D 場景中，多邊形到處都是，但是隻有一部分能看見，因為其他的被擋住了。
• 原理：使用畫家演算法
  • 是什麼：使用排序演算法，從遠到近排列，然後從遠到近渲染

7. 深度緩衝 Z-Buffering

• 特點：可以記錄場景中每一個畫素和攝像機的距離

8. Z Fighting 錯誤

兩個多邊形或者多個多邊形距離都一樣的時候，不確定哪一個會畫上面。多邊形會在記憶體中移來移去，訪問順序會不斷變化；另外，計算浮點數有舍入誤差。所以哪一個畫在上面，往往是不可預測的，導致出現 Z-fighting 效果

9. 背面剔除 Back-Face Culling

• 3D 遊戲中的一個優化
• 解釋：遊戲角色的頭部或地面，只能看到朝外的一面，為了節省處理時間，會忽略多邊形背面，減了一半多邊形面數

10. 明暗處理

• 解釋：在 3D 場景中，物體表面應該有明暗變化
• 表面法線：多邊形面對的方向
• 平面著色：
  • 最基本的照明演算法
  • 多邊形的邊界非常明顯，看起來不夠光滑
• 高洛德著色
  • 特點；不只用一種顏色給整個多邊形上色，而是以巧妙的方式改變顏色，得到更好的效果

11. 紋理 Textures

• 在圖形學中指外觀，而不是手感
• 演算法：紋理對映
  • 在多邊形中，查詢紋理，從相應區域取平均顏色，並填充多邊形，重複這個過程，就可以獲得紋理

小結：

再大的場景，過程都是一樣的，一遍又一遍，處理所有多邊形。掃描線填充，抗鋸齒，光照，紋理化。

12. 如何加速渲染

• 為這種特定運算，做專門的硬體來加快速度
• 把 3D 場景分解成多個小部分，然後並行渲染，而不是按順序渲染

13. 圖形處理單元 GPU

• 計算機工程師為圖形做的專門處理器
• 位置：在顯示卡上，周圍有專用的 RAM
• 所有網格和紋理都在GPU中，讓GPU的多個核心可以高速訪問