飛一般的WebGL之唱起3D程式設計前的戰歌

2021-09-11 10:10:03 字數 1462 閱讀 2685

計算機圖形的最初形式就是在一塊面板上閃爍的燈。

了解和掌握計算機圖形學,可以更好的走向3d圖形程式設計,圖形學中理論的知識就不說了,本文章也不介紹很多關鍵點,我把我學習過程中總結的一些很重要的知識分享出來。

3d,d是 dimension 的簡寫,維度的意識,也就是3維,那麼3維是指什麼?3維是指:寬度、高度和深度。 3d圖形可以很通俗的解釋為:乙個圖形具有三個維度,分別為寬度、高度和深度。那麼回頭看一下2d圖形,也就只有兩個維度了,寬度和高度。

那麼問題來了,2d圖形是在計算機螢幕上顯示,3d圖形也是。但是計算機螢幕僅僅是面,怎麼才能顯示出3d影象呢?

其實計算機3d圖形在本質上也是平面的,它只是在計算機螢幕上所顯示的二維影象,那它如何實現3維的感覺呢?

這是理解從2d走向3d最關鍵的知識,其實3d圖形是通過在計算機螢幕上顯示二維影象的同時,再提供深度也就是第三維,來讓我們的眼睛對圖形產生3d的錯覺。如下圖通過增加深度來讓眼睛產生3d的錯覺。

從2d走向3d的本質可以用下面的公式來表達:

2d + 透視 = 3d 

複製**

通過給二維圖形增加透視(perspective),來讓我們產生深度的幻覺,從而產生3d既視感。這就是2d走向3d的乙個關鍵知識點。

我將光柵化這樣解釋:

光柵化是將幾何資料經過一系列變換後最終轉換為畫素,從而呈現在顯示裝置上的過程。

比如下圖:

光柵化的本質是座標變換、幾何離散化。

從圖中可以看到頂點座標變了,幾何連續資料被離散化了。離散化就是將模擬資料轉換成了離散資料。

我們現在再回頭看光柵化,思考乙個問題,為什麼在展示在計算機螢幕上時,要進行光柵化?

答案就是:gif、jpeg、png等是基於光柵的,再想一下,也就是基於畫素的。這些的格式稱為光柵影象格式。是基於光柵的,那麼要將在顯示裝置中顯示,就需要對其進行光柵化。因為本身是模擬資料,必須經過光柵化來輸出到光柵顯示器上。也就是計算機螢幕上。

光柵化的過程就是將2d轉化為乙個個柵格組成的影象。

這個涉及到乙個很重要的知識,叫座標轉換。首先3d物體在空間中使用笛卡爾座標系(3維座標系)來表示位置,因為虛擬3d世界中的幾何資訊都是三維的。但是目前用於顯示的裝置都是二維的,所以在光柵化之前,需要將3d世界中的物體投影到二維平面上。這就需要將笛卡爾座標轉換成螢幕上的二維座標。詳細座標轉換留在日後再說,現在只需要知道3d座標是通過一種規則來變換成2d座標。從而在螢幕上的2d表面(視窗背景)上展示。

通過上面的解釋,我們可以得出這樣的總結:

我們通過將乙個3d物體的座標轉換成2d座標,讓其可以在二維顯示器上顯示,然後再將2d座標下圍成的圖形區域進行光柵化,從而在計算機螢幕上渲染出以畫素為單位的影象。

進行3d程式設計,或者進行2d程式設計時,需要去了解計算機圖形的一些基本知識,只有這樣才能對圖形程式設計有乙個巨集觀和全面的認識,要學會知其然,知其所以然。

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