写在前面#
本专栏内容均为学堂在线慕课《3D 游戏引擎架构设计基础》中的内容。个人将其转化成文字和图片的版本(个人更加喜欢文字版本的教程,阅读速度更快很多),方便查阅。
原课程链接:3D 游戏引擎架构设计基础。
场景渲染#
渲染概述与剔除方法#
渲染的定义:将三维矢量描述的场景转换到二维像素描述的场景的处理过程,是整个游戏引擎功能模块是最重要的内容。
相关的概念描述包括:
为了提升渲染的效率,可以采用不可见物体剔除,包括:
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根据摄像机位置,剔除视见体外的物体(可以通过包围体)
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判断视见体中物体的遮挡关系,剔除被遮挡的物体(可以通过包围体)
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剔除可见物体的背面
真实感渲染中,包括以下内容的计算和融合得到渲染结果。
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光照,指根据场景定义的灯光、材质等属性,用图形库支持光照模型渲染场景。其中光照模型包括:局部光照模型,全局光照模型,光照绘制算法等,光照计算通过光源、三角形面片的顶点法向量和材质等属性计算。光源是不可渲染的,只是作为计算真实感场景的属性,本身不被渲染。
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纹理:纹理映射是增加场景网格模型真实感表现效果的方法。纹理是由像素表示的,是以贴图映射的形式与网格模型关联起来,其纹理涂是一种资源文件。如.jpg,.tga,.bmp,.png,.tif 等,可以与光照、阴影、特效等产生混合效果。纹理映射方法包括:多重纹理、凹凸纹理、光泽纹理、投影纹理、环境纹理等。
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阴影,可以产生场景深度和立体效果。阴影区域就是,在视点位置看是可见区域,但在光源位置看是不可见区域,示意图如下:
其中软阴影的概念为:如果是面光源照射物体,则影子区域呈现为软阴影,即阴影由全阴影区和半阴影区组成,示意图如下:
- 视觉特效,可以产生动态光影效果,一般用布告板或粒子系统等实现。
渲染实现的重要部分:GPU 和着色器编程:
其对于游戏引擎的要求:
- LOD
LOD(Level of Detail)是指渲染时,使用较少的细节表示较小的、较远的或不太重要的场景物体。实现方法包括:离散 LOD(静态 LOD),连续 LOD(动态 LOD)和视点依赖 LOD 等。
场景渲染实例#
OGRE 场景渲染#
OGRE 主渲染循环:
OGRE 主渲染时序图:
OGRE SceneManager 类的渲染操作:
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SceneManager::_renderScene(Camera *camera, Viewport *vp, bool includeOverlays)
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SceneManager::_renderVisibleObjects(void)
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SceneManager::renderVisibleObjectsDefaultSequence(void)
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SceneManager::_renderQueueGroupObjects(RenderQueueGroup *pGroup, QueuedRenderableCollection::OrganisationMode om)
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SceneManager::renderBasicQueueGroupObjects(RenderQueueGroup *pGroup, QueuedRenderableCollection::OrganisationMode om)
加粗样式 -
SceneManager::renderObjects(...);
QueuedRenderableCollection::acceptVisitorGrouped(...)
QueuedRenderableCollection::acceptVisitor(...); -
SceneManager::SceneMgrRenderableVistor::VISIT(Pass *p, Renderable *r);
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SceneManager::renderSignleObject(...)
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SceneManager::_issueRenderOp(...)
GLRenderSystem::_render (RenderOperation &op)// 使用 OpenGL 渲染
以上 Step 总结:
Panda3D 场景渲染#
Panda3D 渲染过程:
Panda3D 渲染核心类和类关系:
下面是几种 Panda3D 场景渲染的核心类详细描述:
Panda3D 渲染管理:
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应用程序启动渲染;
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对于视见体,剔除不可见物体,建立渲染队列和状态,并排序;
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执行渲染,获得一帧渲染结果
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应用程序更新场景,循环开始下一帧渲染,转 2.
Panda3D 主渲染流程:
其中的几个子过程如下:
- 异步任务驱动渲染的流程:
- 多线程渲染:
- 剔除操作
- 渲染操作