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3D游戏引擎入门课程4——场景渲染

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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: 在这里插入图片描述 为了提升渲染的效率,可以采用不可见物体剔除,包括:

  • 根据摄像机位置,剔除视见体外的物体(可以通过包围体)

  • 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)

  • 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。

  • 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。

  • 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。

  • 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:

在这里插入图片描述

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:

在这里插入图片描述

  • 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: 在这里插入图片描述 其对于游戏引擎的要求: 在这里插入图片描述
  • 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:

在这里插入图片描述 OGRE主渲染时序图: 在这里插入图片描述 OGRE SceneManager类的渲染操作:

  1. SceneManager::_renderScene(Camera *camera, Viewport *vp, bool includeOverlays) 在这里插入图片描述

  2. SceneManager::_renderVisibleObjects(void) 在这里插入图片描述

  3. SceneManager::renderVisibleObjectsDefaultSequence(void) 在这里插入图片描述

  4. SceneManager::_renderQueueGroupObjects(RenderQueueGroup *pGroup, QueuedRenderableCollection::OrganisationMode om) 在这里插入图片描述
  5. SceneManager::renderBasicQueueGroupObjects(RenderQueueGroup *pGroup, QueuedRenderableCollection::OrganisationMode om) 加粗样式在这里插入图片描述

  6. SceneManager::renderObjects(…); QueuedRenderableCollection::acceptVisitorGrouped(…) QueuedRenderableCollection::acceptVisitor(…);在这里插入图片描述
  7. SceneManager::SceneMgrRenderableVistor::VISIT(Pass *p, Renderable *r); 在这里插入图片描述
  8. SceneManager::renderSignleObject(…) 在这里插入图片描述

  9. SceneManager::_issueRenderOp(…) GLRenderSystem::_render(RenderOperation &op)//使用OpenGL渲染 在这里插入图片描述

以上Step总结:

在这里插入图片描述

Panda3D场景渲染

Panda3D渲染过程:

在这里插入图片描述

Panda3D渲染核心类和类关系: 在这里插入图片描述

下面是几种Panda3D场景渲染的核心类详细描述: 在这里插入图片描述 在这里插入图片描述 在这里插入图片描述

Panda3D渲染管理:

  1. 应用程序启动渲染;

  2. 对于视见体,剔除不可见物体,建立渲染队列和状态,并排序;

  3. 执行渲染,获得一帧渲染结果

  4. 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:

在这里插入图片描述 在这里插入图片描述

其中的几个子过程如下:

  1. 异步任务驱动渲染的流程: 在这里插入图片描述
  2. 多线程渲染: 在这里插入图片描述
  3. 剔除操作 在这里插入图片描述
  4. 渲染操作 在这里插入图片描述
本文由作者按照 CC BY 4.0 进行授权

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