一个小demo的开发日记

Posted 2020-07-15 Betairy linkzeldagg

啊~Re: 0怎么这么赞啊~

啊~

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好吧我知道我很久没更新了。

这不重要！EMT！

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嘛，进入正题嗯ww

 

一、3D几何体的组成

在进入正题之前，请允许我先说些关于…嗯…怎么说呢，基础的东西。

 

说到底啊，游戏里用到的这些场景。

它们都是什么？

它们怎么组成的？

它们又是怎么被画到屏幕上的？

为什么我在场景中安放了几个光源，它们就能反光，有阴影，各种各样的效果？

 

我们都知道计算机程序是通过一行一行的指令执行的。那么上述这些过程又是怎么完成的呢？如果不清楚这个过程的话，是没办法对其进行"深入的改造"的 ——

 

个人认为，这个demo中如果不了解这些内容的话，是没有办法做出来的。

在这个demo里 ——

• 为了让树有平滑的生长过程，还要美观，我需要完全用程序生成这棵树的模型。

  而且说到底我也做不出一个像样的树。大概…能做出一个正在长大的史莱姆。

• 为了让树叶能够好看一点，我希望我能够自己控制光照的计算。

  而且Unity的PBR / GI我没自信在surface上不卡啊。还丑。

• 为了有一个赞的天空和日夜交替，我希望我能够自己计算整个天空是什么样子的。

  而且Asset store里的东西太贵了。买得起的话谁自己写啊（误

• ……

（PBR：基于物理模型的渲染技术；GI：全局光照）

 

…所以，我需要自己搞。所以，我需要了解这个过程（上面提到的）到底是怎么进行的。

当然，忽略了诸多细节。

 

那么首先，我们需要表示出整个场景。这大概算是一个切入点吧。

不过在这个demo中我们不需要考虑场景的问题。Unity已经为我们做好了；我们只需要考虑场景中的某个物体的"形状""贴图"等等要素。

 

我们知道，在现今的渲染体系中，物体都是由一堆小面拼起来的。就像下面这个茶壶：

 

这一个个四边形面组成了茶壶。不过实际上我们关注的并非是面，而是面的顶点。如果我们调整顶点的位置，它会牵动一些面的变化，最终反应到茶壶形状的变化。

 

除了位置之外，顶点还有许多别的属性。比如给顶点设置一个"颜色"属性，那我们就可以给这个茶壶上色。而且随着顶点颜色的变化，茶壶表面的颜色也会相应的做出改变。

（下图是一个简化的例子，有三个分别为红色、绿色、蓝色的顶点。）

 

现在我们有顶点了。为了表示它们，让所有顶点的各项属性分别表示成成一个数组：

[ A的位置，B的位置，… ]

[ A的颜色，B的颜色，… ]

…

 

好了。但是现在，我们还只有一堆顶点，我们需要把它们组成一个面。为此，我们需要告诉计算机：那些点该组成一个面呢？

假设这里，面都是三角面。我们把它也表示成一个数组：

[ 0, 1, 2, 0, 2, 3, 0, 3, 4, 0, 4, 5, … ]

这表示：0-1-2是一个面，0-2-3是一个面，0-3-4是一个面，…

这里数字是顶点的序号，这个例子中A是顶点0，B是顶点1。

 

好，现在我们有整个模型了。该怎么画它呢？

这部分是显卡（图形处理器，GPU）的工作。首先，我们把这几个数组丢给显卡，随后——

 

显卡会把这几个数组里的数据转化为空间中的点，这些点具有它们的属性。

这个过程可以人为设定转换的过程，以及最后它们应该具有怎样的属性。这也是通过写一段小程序实现的，这个程序必须包含一个函数，这个函数接收传进来的一堆数组中的某一列，输出空间中这个点的位置，以及它的各种属性值。这段程序称为顶点着色器（Vertex Shader）。

 

随后，再经过几个可编程和不可编程的过程，这些点最终组成了面。

然后经过了一个叫做栅格化的过程，它们被映射到了一些像素上。有点像画图程序里拉出一个圆，随后它"落入"像素点中，变成一幅图的过程。

 

注意，到现在为止，这些像素还没有颜色。

不过这些像素各自拥有属性值，这些属性值是从上一步设置好的属性值中计算得出的：就像颜色的渐变一样，每个属性值都会经过"渐变"的过程，然后称为某个像素的属性值。

"渐变"的过程被称为插值。这是一个线性插值。

 

然后，我们得到某个像素的属性值，需要计算出这个像素该有的颜色。

这一步也是可以编程的。这个函数要实现的目的就是输入属性值，输出一个颜色值（RGBA），这被称为片段 / 像素着色器（Fragment Shader 或 Pixel Shader）。

 

最后再经过一些乱七八糟的过程（比如扔掉被挡住的顶点之类），最终成为图像呈现给我们。

 

在上面那个渐变三角形的例子中，颜色值随着顶点位置被传入，在顶点着色器中颜色值原封不动的传出，作为像素着色器的输入值（这时已经拥有渐变了）；像素着色器再原封不动的把它输出，就成了那样一副图像。

上面是一个被简化过的渲染流程。

（想看真货吗www？）

不过其实我们大多数情况下，并不关心中间那一坨。所以也不要方w

 

那么，每个物体都是由什么组成的？

之前说过，物体由顶点组成，而每个顶点有着许多种属性。实际上，上文中用作例子的"颜色"并不是一个什么常用的属性，比较常用的属性大概有这么几种：

位置。这是必须的。

法线。这代表了顶点的朝向，可以用来判断是否朝向光源等。法线是个单位矢量（长度为1）。

纹理坐标。这代表了作为贴图的图片该如何"贴"到模型上。

切线。用来建立切线空间。比较高级的技术会用到，可以先不用在意。

乱七八糟的一些自定义的参数。当然了 —— 你想传一些自有用途的东西到着色器里，不会有人拦着你的。

 

法线的话大概是这个样子：

 

纹理坐标（为和坐标加以区别，常用(u, v)的方式表示）：

可以这么来理解：贴图上有几个被顶点标记好的点，把图上被标记的点钉在对应的顶点上。大概是这个感觉。

 

切线：

其实这个东西可以先不在意，不过还是蛮重要的。

有的时候在计算中，我们需要用到切线空间：这个空间的正交基（xyz轴）是以顶点的法线（N）和两个与法线垂直的单位矢量（B & T）组成的。不过事实上，和法线垂直的矢量有无穷多个（一个平面），所以我们需要人为指定一个和它垂直的单位矢量便于计算。这个人为指定的矢量就是切线（T），然后我们可以简单的将N和T叉乘来得到B，这就建立起了切线空间。

N：Normal（法矢（向）量），

T：Tangent（切矢（向）量），

B：Bi-Normal（副法矢（向）量）

 

一言不合就这么多字了…好吧，那下回见w

 

 

 

 

E M T！

K M T！

 

（pixivid = 56926503）