A mini software rasterized renderer
- 无第三方库依赖
- 只支持 Windows 平台
- 可编程的渲染管线，可直接在主函数内用 C++ 编写 Shader 代码
- 目前仍是单线程的渲染器
- 世界坐标空间，视角坐标空间均为 右手系
注意！！！编译需要以下条件
- Windows 系统
- 编译器支持 C++20 （非必须）
- CMake 版本 >= 3.15 (否则需要修改 CMakeLists)
根目录已有 VS2022ConfigBuild.bat 等脚本，双击可自动构建生成 VS 项目 或 Makefile 构建。
或者可以自己用 命令行构建编译
cmake --B build
cmake --build build打勾✔ 代表已实现的功能，未打勾❌ 代表未实现但将来可能实现的功能
- 顶点着色器
- 曲面细分着色器
- 几何着色器
- 简单裁剪（直接裁掉 NDC 空间外顶点）
- 更好的裁剪
- 屏幕坐标空间映射
- 光栅化
- MSAA 抗锯齿
- Early-Z
- 片段着色器（像素着色器）
- 模板测试
- 深度测试
- 透明度测试
- 一些基础的向量矩阵运算
- 四元数，复数的支持
- 常用的变换矩阵构造函数 (MVP)
- 支持存储在栈上的类型，和存储在堆上的动态空间分配类型
- 支持 LU 分解，QR 分解等常见矩阵算法
- SIMD 对四维向量矩阵的加速
- 透视相机
- 类似 Blender 的环绕相机
- 鼠标左键点击拖动将围绕焦点旋转视角，鼠标中键或右键点击拖动可移动相机位置
- 时间，计时
- 简单的 FPS 分析
- 一些基础几何体顶点数据 (目前只有球)
如下所示，在 main 函数中定义 Shader 及其 相关 结构体。 随后声明 Renderer 变量，设置其状态。这里需要自定义 lambda 函数赋值给 Renderer 中的 Update 函数变量， 其中因该调用 DrawCall 函数发出绘图指令。 最后要运行 renderer.Run() 函数 然程序运行。
int main()
{
// Shader
struct a2v // 传入顶点着色器的结构
{
Vec3 vertex;
Vec3 color;
};
struct v2f : VertexOut // 传出顶点着色器的结构，一定要继承自 VertexOut,
{ // 处理后的顶点数据应赋给 VertexOut 中的 pos,
Vec3 color; // 以便光栅化器能够获取变换后的 顶点
};
struct uniform // 定义 uniform 变量，在 main 函数中声明实例，
{ // 存储例如变换矩阵等变量
} unif;
// 顶点着色器，lambda 声明，注意要能够引用捕获变量，以获得 uniform 的数据
VertexShader<a2v, v2f> vert = [&](const a2v& v) -> v2f {
v2f o;
o.pos = Vec4(v.vertex, 1.0f);
o.color = v.color;
return o;
};
// 片段着色器
FragmentShader<v2f> frag = [&](const v2f& i) -> Vec4 {
auto color = Vec4(i.color * 0.5f + 0.5f, 1.0f);
return color;
};
// 声明 Shader，模板类，要提供数据结构类型
Shader<a2v, v2f, uniform, VertexShader<a2v, v2f>, FragmentShader<v2f>> shader;
a2v vertices[3] = { // 顶点数据
{{-0.5f, -0.5f, 0.0f}, {-0.5f, -0.5f, 0.0f}},
{{ 0.0f, 0.5f, 0.0f}, { 0.0f, 0.5f, 0.0f}},
{{ 0.5f, -0.5f, 0.0f}, { 0.5f, -0.5f, 0.0f}}
};
// 要把变量赋给 Shader，
shader.AddPass(vert, frag, &unif);
// Renderer
Renderer renderer(800, 600); // 渲染窗口的大小
renderer.Update = [&]() { // Update: 更新数据，调用绘图指令
//着色器 // 顶点结构 // 顶点数
renderer.DrawCall(shader, vertices, 3);
};
renderer.Run(); // 运行程序
return 0;
}
int main()
{
// Shader
struct a2v
{
Vec3 vertex;
Vec3 color;
};
struct v2f : VertexOut
{
Vec3 color;
};
struct uniform
{
Mat4 model;
Mat4 view;
Mat4 proj;
} unif;
VertexShader<a2v, v2f> vert = [&](const a2v& v) -> v2f {
v2f o;
o.pos = unif.proj * unif.view * unif.model * Vec4(v.vertex, 1.0f);
o.color = v.color;
return o;
};
FragmentShader<v2f> frag = [&](const v2f& i) -> Vec4 {
auto color = Vec4(i.color, 1.0f);
return color;
};
Shader<a2v, v2f, uniform, VertexShader<a2v, v2f>, FragmentShader<v2f>> shader;
shader.AddPass(vert, frag, &unif);
// Vertex Data
a2v vertices[6] = {
{{-0.5f, -0.5f, 0.0f}, {1.0f, 0.0f, 0.0f}},
{{-0.5f, 0.5f, 0.0f}, {0.0f, 1.0f, 0.0f}},
{{ 0.5f, -0.5f, 0.0f}, {0.0f, 0.0f, 1.0f}},
{{-0.5f, 0.5f, 0.0f}, {0.0f, 1.0f, 0.0f}},
{{ 0.5f, 0.5f, 0.0f}, {0.0f, 1.0f, 1.0f}},
{{ 0.5f, -0.5f, 0.0f}, {0.0f, 0.0f, 1.0f}}
};
// Renderer
Renderer renderer(800, 600);
auto& camera = renderer.AddCamera(); // 添加相机组件
camera.Position = { 1.0f, 1.0f, 1.0f };
camera.CameraLookAt({ 0.0f, 0.0f, 0.0f }, { 0.0f, 0.0f, 1.0f }); // 让相机看向一点
camera.Fov = 60.0f;
renderer.Update = [&]() {
Mat4 mat(1.0f);
Mat4 trans = Math::Translate(mat, { 0.0f, 0.0f, 0.0f });
Mat4 rota = Math::Rotate(mat, (float)Time::GetTime(), { 0.0f, 0.0f, 1.0f });
unif.model = trans * rota;
unif.view = camera.GetViewMat();
unif.proj = camera.GetProjectMat();
renderer.DrawCall(shader, vertices, 6);
};
renderer.Run();
return 0;
}
int main()
{
// Shader
struct a2v
{
Vec3 vertex;
Vec2 texcoord;
Vec3 normal;
};
struct v2f : VertexOut
{
Vec3 worldPos;
Vec3 normal;
Vec3 lightDir;
Vec3 viewDir;
};
struct uniform
{
Mat4 model;
Mat4 view;
Mat4 proj;
Vec4 color;
Light* light = nullptr;
Camera* camera = nullptr;
} unif;
VertexShader<a2v, v2f> vert = [&](const a2v& v) -> v2f {
v2f o;
o.worldPos = unif.model * Vec4(v.vertex, 1.0f);
o.pos = unif.proj * unif.view * Vec4(o.worldPos, 1.0f);
o.normal = unif.model * Vec4(v.normal, 1.0f);
o.lightDir = unif.light->GetObjToLightDir(o.worldPos);
o.viewDir = unif.camera->GetObjToViewDir(o.worldPos);
return o;
};
FragmentShader<v2f> frag = [&](const v2f& i) -> Vec4 {
Vec3 ambient = unif.color * Vec4(0.1f);
Vec3 diffuse = unif.color * unif.light->LightColor * Math::Max(Math::Dot(i.normal, i.lightDir), 0.0f);
Vec3 halfDir = Math::Normailzed(i.lightDir + i.viewDir);
Vec3 specular = unif.color * unif.light->LightColor * Math::Pow(Math::Max(Math::Dot(i.normal, halfDir), 0.0f), 16.0f);
Vec3 color = ambient + diffuse + specular;
return Vec4(color, 1.0f);
};
Shader<a2v, v2f, uniform, VertexShader<a2v, v2f>, FragmentShader<v2f>> shader;
shader.AddPass(vert, frag, &unif);
// Vertex Data
a2v* vertices;
VertexIndex* indices;
Sphere sphere; // 存有球顶点数据的类
int indexCount = sphere.GetIndexCount();
int vertexCount = sphere.GetVertexCount();
vertices = new a2v[vertexCount];
indices = new VertexIndex[indexCount];
for (int i = 0; i < indexCount; ++i)
{
indices[i] = sphere.GetIndex(i);
}
for (int i = 0; i < vertexCount; ++i)
{
vertices[i].vertex = sphere.GetVertex(i);
vertices[i].texcoord = sphere.GetUV(i);
vertices[i].normal = sphere.GetNormal(i);
}
// Renderer
Renderer renderer(800, 600);
renderer.GetRasterizer().RenderDataType = sphere.GetDataType();
auto& camera = renderer.AddCamera();
camera.Position = { 3.0f, 3.0f, 0.0f };
camera.CameraLookAt({ 0.0f, 0.0f, 0.0f }, { 0.0f, 0.0f, 1.0f });
camera.Fov = 60.0f;
Light light(Vec3(0.0f, 0.0f, 0.0f));
light.Rotation = Math::MatToQuat(Math::Rotate(Mat4(1.0f), Math::Radians(30.0f), Vec3(-1.0f, 1.0f, 0.0f))); // 改变平行光指向
unif.color = Vec4(0.5f, 0.6f, 0.7f, 1.0f);
unif.light = &light;
unif.camera = &camera;
renderer.Update = [&]() {
Mat4 mat(1.0f);
unif.model = mat;
unif.view = camera.GetViewMat();
unif.proj = camera.GetProjectMat();
renderer.DrawCall(shader, vertices, vertexCount, indices, indexCount);
};
renderer.Run();
return 0;
}
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