18、三维渲染：从基础到实践

三维渲染：从基础到实践

在当今的游戏和图形应用中，3D 技术已经成为主流。与 2D 游戏相比，3D 能创造出更具沉浸感的体验。接下来，我们将深入探讨 3D 渲染的各个方面，从顶点和三角形到缓冲区的使用。

1. 顶点和三角形

所有 3D 模型都由空间中的点（顶点）组成。顶点不仅包含坐标信息，还可以包含颜色、法线、纹理坐标等其他信息。GPU 通过这些顶点来绘制模型，但它本身无法理解顶点之间的关系，因此需要将顶点组织成最简单的形状——三角形。

一个 3D 编辑程序创建的模型可能包含数千个顶点，这些顶点共同构成三角形，从而定义了最终的形状。然而，绘制的顶点越多，GPU 的工作量就越大，对性能的影响也越大。为了优化性能，可以使用背面剔除技术，只绘制面向相机的三角形。

判断一个三角形是否为背面，可以通过确保面向相机的三角形的顶点按顺时针顺序指定。当顶点按逆时针顺序提交时，它们会被认为是背向相机的，从而被丢弃。

graph LR
    A[顶点] --> B[三角形]
    B --> C[GPU绘制]
    D[背面剔除] --> B

2. 索引

在渲染三角形时，可能会出现许多顶点位于同一位置的情况，这会导致内存浪费。为了解决这个问题，可以使用索引的概念。通过提供一个顶点数组和一个索引数组，GPU 可以根据索引来定义三角形的布局，从而节省内存。

例如，绘制一个四边形，如果不使用索引缓冲区，需要重复定义一些顶点；而使用索引缓冲区，只需要定义四个顶点，并通过索引来指定三角形的组成。