计算机图形学：基于3D游戏开发——第二章 顶点处理机制

渲染管线：顶点处理过程——光栅化过程——片元处理过程——输出合并操作。

光栅化阶段：根据顶点对多边形加以整合，并将各个多边形转换为片元集合。片元定义为一组数据，并对颜色缓冲区中的像素进行更行。

片元处理：对各个片元进行操作（如纹理操作），进而进行各种操作确定片元的颜色值。

输出合并：片元与颜色缓冲区中的像素进行比较或合并，进而更行像素的颜色值。

 

顶点操作包括转换操作、光照操作和动画操作。本章主要探讨顶点转化操作，并介绍顶点光照方式。第5章讨论顶点光照内容，第11章阐述顶点动画方式。

2.1世界转换

2.1.1仿射转换和齐次坐标

上图中的世界转换和视见转换取决于各种基本转换：缩放、旋转、平移。

缩放和旋转为线性转换，线性转换+平移操作统称为仿射转换。

 

平移操作通过向量加法描述，但是使用齐次坐标后能使用矩阵描述，所以缩放和旋转也要使用其次坐标下的矩阵形式

三维缩放矩阵——齐次坐标缩放矩阵

2D旋转矩阵——3D旋转矩阵——齐次坐标旋转矩阵

 

齐次坐标（x,y,z,w）对应于笛卡尔坐标（x/w,y/w,z/w）。齐次坐标的w项用于分辨向量和顶点数据，如果w为0，则(x,y,z,w)表示向量；否则表示顶点。

 

2.1.2世界矩阵

在右手坐标系中，比如绕Y轴旋转，箭头指向观察者，如果旋转角度为+90，则为逆时针；-90，则为顺时针。

旋转矩阵和平移矩阵相乘得到对应的4 X 4世界矩阵。左上方3 X3 矩阵表示组合线性转换，第四列表示组合平移操作。

 

2.1.3欧拉转换

当对象绕X Y Z轴进行连续旋转时，对象应具有确定方向。旋转角θx、θy、θz称为欧拉角。可以将3个旋转操作整合为一个旋转操作，该过程称为欧拉转换