这个项目是什么?
某天,在 B 站看了一个很不错的视频:GAMES101 现代计算机图形学入门,恰巧又在评论区看到了一个留言,推荐了这个入门课程:tinyrenderer,用 500 行代码一步步实现一个简单的光栅(rasterizer)图形引擎,因为我所推崇的学习方式就是多动手,比如某个项目是用 A 语言写的,我自己就用 B 或者 C 语言完全重写一遍,当你1比1写完后,基本上所以细节都知道个七七八八了。So, 我用 Python 把这个项目(C++写的)重写了一遍。
为了讲解计算机图形学最基础入门知识,原项目作者没有引入任何图形相关的外部依赖,所以作为 Python 版翻译,当然也不会引入任何外部图形 SDK。项目中生成的图片使用的 TGA 格式,数据格式比较简单,这里使用的这个库:pyTGA,有兴趣可以看 tga.py 代码。矩阵的计算使用的 numpy,当然也可以不引入 numpy,因为我们也只使用到最基本的矩阵计算,比如相乘。
tinyrenderer 知识结构
- 3D 模型文件(本项目使用的 obj 格式)
- 根据 3D 模型生成正交投影的 2D 图像
- Z-Buffer
- 透视投影(Perspective Projection)
- 着色(Shader)
- 阴影(Shadow)
- 环境光(Ambient)
代码索引
- 点到线,线到面,面到体。这是光栅化的知识层次结构。要想渲染一个复杂的三维世界到二维图像,得先把基础打牢。可以思考下:
- 怎样在屏幕上画一条直线?画直线的 5 中方式,思考下哪个算法效率最高。
- 怎样画一个三角形?两种实现方式。
- 怎样判断一个点是否在一个三角形内?两种算法:向量的叉乘和三角重心坐标。
- 从 3D 模型(obj)渲染简单的线框图: test_model_wire_mesh。
- 从 3D 模型(obj)渲染简单的三角形填充图: test_model_triangle。
- 从 3D 模型(obj)渲染简单的三角形填充图, 并实现 z-buffer: test_model_triangle_with_zbuffer。
- 从 3D 模型(obj)渲染, 使用纹理(texture)填充: test_model_triangle_with_texture。
- 从 3D 模型(obj)渲染, 考虑透视视角投射: test_model_triangle_with_perspective。