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[Python知识库]Games101观测变换(视图变换、投影变换)、光栅化

Games101


变换

齐次坐标

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缩放变换与平移变换

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旋转操作

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3D旋转:
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观测变换

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定义相机的位置、视角:
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规定相机放置在(0,0,0)位置,看往-z方向,向上是y轴方向:
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正交投影

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透视投影

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齐次坐标的补充:
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挤压+正交投影
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远平面和近平面不变:利用两条件可以列出方程式求解
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可视角:
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屏幕空间

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光栅化

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显存控制:
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三角形

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在这里插入图片描述

判断一个点在三角形内

利用叉积!符号一致,在三角形内,否则在三角形外!
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运算

用包围盒去简化
在这里插入图片描述
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结果

在这里插入图片描述
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反走样问题

采样理论

位置采样:
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时间采样:
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采样前先做模糊操作

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注意:顺序不能反过来!
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频域

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傅里叶变换:
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滤波

右图是频域图:最中心是低频,周围是会越来越高!在不同频率上存在的信息表示为亮度,这张图表示大部分信息都在低频中,高频信息比较少。
在这里插入图片描述
高通滤波器:
只有高频信号可以通过,提取出边界,在边界两侧信号发生剧烈变化,频率非常大。
在这里插入图片描述
低通滤波器:
低频率通过,看不到边界。
在这里插入图片描述
中通滤波:
中等频率通过.
在这里插入图片描述

filtering = convolution

在这里插入图片描述

实现了低通滤波:模糊处理
在这里插入图片描述

Sampling 采样

在这里插入图片描述
采样频率太低,发生重叠,导致结果走样:
在这里插入图片描述

解决方法

1.增加采样率
在这里插入图片描述
2.先模糊后采样
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

示例:
在这里插入图片描述

MSAA

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
代价:增大计算量,可以通过不规则分布,进行复用,提高利用率,减小计算率!
在这里插入图片描述

作业1

注意:openCV中默认是左上角为顶点,而传入的z又都是正值,在这里,我改为传入负值,与原视频中保持一致,同时改动了set_pixel的显示方式,理论上应该得到倒三角形,因为y轴方向相反!
main.cpp

#include "Triangle.hpp"
#include "rasterizer.hpp"
#include <eigen3/Eigen/Eigen>
#include <iostream>
#include <opencv4/opencv2/opencv.hpp>

constexpr double MY_PI = 3.1415926;

Eigen::Matrix4f get_view_matrix(Eigen::Vector3f eye_pos)
{
    Eigen::Matrix4f view = Eigen::Matrix4f::Identity();

    Eigen::Matrix4f translate;
    translate << 1, 0, 0, -eye_pos[0], 0, 1, 0, -eye_pos[1], 0, 0, 1,
        -eye_pos[2], 0, 0, 0, 1;

    view = translate * view;  

    return view;
}

Eigen::Matrix4f get_model_matrix(float rotation_angle)
{
    float theta = rotation_angle / 180.0 * M_PI;
    Eigen::Matrix4f model = Eigen::Matrix4f::Identity();
    model << std::cos(theta), -std::sin(theta), 0, 0,
        std::sin(theta), std::cos(theta), 0, 0,
        0, 0, 1.0, 0,
        0, 0, 0, 1;
    // TODO: Implement this function
    // Create the model matrix for rotating the triangle around the Z axis.
    // Then return it.

    return model;
}

Eigen::Matrix4f get_projection_matrix(float eye_fov, float aspect_ratio,
                                      float zNear, float zFar)
{
    // Students will implement this function

    Eigen::Matrix4f projection = Eigen::Matrix4f::Identity();

    // TODO: Implement this function
    // Create the projection matrix for the given parameters.
    // Then return it.
    Eigen::Matrix4f p1 = Eigen::Matrix4f::Identity();
    p1 << zNear, 0, 0, 0,
        0, zNear, 0, 0,
        0, 0, zNear + zFar, -zFar * zNear,
        0, 0, 1.0, 0;
    float theta = eye_fov / 2.0 / 180.0 * M_PI;
    float y_top = -zNear * std::tan(theta);
    float x_left = -y_top * aspect_ratio;
    float x_right = -x_left;
    float y_down = -y_top;
    
    Eigen::Matrix4f scale = Eigen::Matrix4f::Identity();
    scale << 2.0 / (x_right - x_left), 0, 0, 0,
        0, 2.0 / (y_top - y_down), 0, 0,
        0, 0, 2.0 / (zNear - zFar), 0,
        0, 0, 0, 1.0;

    Eigen::Matrix4f trans = Eigen::Matrix4f::Identity();
    trans << 1, 0, 0, -(x_left + x_right) /2,
        0, 1, 0, -(y_top + y_down) / 2,
        0, 0, 1, -(zNear + zFar) / 2,
        0, 0, 0, 1;
    projection = scale * trans * p1;

    return projection;
}

int main(int argc, const char **argv)
{
    float angle = 0;
    bool command_line = false;
    std::string filename = "output.png";

    if (argc >= 3)
    {
        command_line = true;
        angle = std::stof(argv[2]); // -r by default
        if (argc == 4)
        {
            filename = std::string(argv[3]);
        }
        else
            return 0;
    }

    rst::rasterizer r(700, 700);

    Eigen::Vector3f eye_pos = {0, 0, 5};

    std::vector<Eigen::Vector3f> pos{{2, 0, -2}, {0, 2, -2}, {-2, 0, -2}};

    std::vector<Eigen::Vector3i> ind{{0, 1, 2}};

    auto pos_id = r.load_positions(pos);
    auto ind_id = r.load_indices(ind);

    int key = 0;
    int frame_count = 0;

    if (command_line)
    {
        r.clear(rst::Buffers::Color | rst::Buffers::Depth);

        r.set_model(get_model_matrix(angle));
        r.set_view(get_view_matrix(eye_pos));
        r.set_projection(get_projection_matrix(45, 1, 0.1, 50));

        r.draw(pos_id, ind_id, rst::Primitive::Triangle);
        cv::Mat image(700, 700, CV_32FC3, r.frame_buffer().data());
        image.convertTo(image, CV_8UC3, 1.0f);

        cv::imwrite(filename, image);

        return 0;
    }

    while (key != 27)
    {
        r.clear(rst::Buffers::Color | rst::Buffers::Depth);

        r.set_model(get_model_matrix(angle));
        r.set_view(get_view_matrix(eye_pos));
        r.set_projection(get_projection_matrix(45, 1, 0.1, 50));

        r.draw(pos_id, ind_id, rst::Primitive::Triangle);

        cv::Mat image(700, 700, CV_32FC3, r.frame_buffer().data());
        image.convertTo(image, CV_8UC3, 1.0f);
        cv::imshow("image", image);
        key = cv::waitKey(10);

        std::cout << "frame count: " << frame_count++ << '\n';

        if (key == 'a')
        {
            angle += 10;
        }
        else if (key == 'd')
        {
            angle -= 10;
        }
    }

    return 0;
}

rasterizer.cpp

//
// Created by goksu on 4/6/19.
//

#include <algorithm>
#include "rasterizer.hpp"
#include <opencv4/opencv2/opencv.hpp>
#include <math.h>
#include <stdexcept>


rst::pos_buf_id rst::rasterizer::load_positions(const std::vector<Eigen::Vector3f> &positions)
{
    auto id = get_next_id();
    pos_buf.emplace(id, positions);

    return {id};
}

rst::ind_buf_id rst::rasterizer::load_indices(const std::vector<Eigen::Vector3i> &indices)
{
    auto id = get_next_id();
    ind_buf.emplace(id, indices);

    return {id};
}

// Bresenham's line drawing algorithm
// Code taken from a stack overflow answer: https://stackoverflow.com/a/16405254
void rst::rasterizer::draw_line(Eigen::Vector3f begin, Eigen::Vector3f end)
{
    auto x1 = begin.x();
    auto y1 = begin.y();
    auto x2 = end.x();
    auto y2 = end.y();

    Eigen::Vector3f line_color = {255, 255, 255};

    int x,y,dx,dy,dx1,dy1,px,py,xe,ye,i;

    dx=x2-x1;
    dy=y2-y1;
    dx1=fabs(dx);
    dy1=fabs(dy);
    px=2*dy1-dx1;
    py=2*dx1-dy1;

    if(dy1<=dx1)
    {
        if(dx>=0)
        {
            x=x1;
            y=y1;
            xe=x2;
        }
        else
        {
            x=x2;
            y=y2;
            xe=x1;
        }
        Eigen::Vector3f point = Eigen::Vector3f(x, y, 1.0f);
        set_pixel(point,line_color);
        for(i=0;x<xe;i++)
        {
            x=x+1;
            if(px<0)
            {
                px=px+2*dy1;
            }
            else
            {
                if((dx<0 && dy<0) || (dx>0 && dy>0))
                {
                    y=y+1;
                }
                else
                {
                    y=y-1;
                }
                px=px+2*(dy1-dx1);
            }
//            delay(0);
            Eigen::Vector3f point = Eigen::Vector3f(x, y, 1.0f);
            set_pixel(point,line_color);
        }
    }
    else
    {
        if(dy>=0)
        {
            x=x1;
            y=y1;
            ye=y2;
        }
        else
        {
            x=x2;
            y=y2;
            ye=y1;
        }
        Eigen::Vector3f point = Eigen::Vector3f(x, y, 1.0f);
        set_pixel(point,line_color);
        for(i=0;y<ye;i++)
        {
            y=y+1;
            if(py<=0)
            {
                py=py+2*dx1;
            }
            else
            {
                if((dx<0 && dy<0) || (dx>0 && dy>0))
                {
                    x=x+1;
                }
                else
                {
                    x=x-1;
                }
                py=py+2*(dx1-dy1);
            }
//            delay(0);
            Eigen::Vector3f point = Eigen::Vector3f(x, y, 1.0f);
            set_pixel(point,line_color);
        }
    }
}

auto to_vec4(const Eigen::Vector3f& v3, float w = 1.0f)
{
    return Vector4f(v3.x(), v3.y(), v3.z(), w);
}

void rst::rasterizer::draw(rst::pos_buf_id pos_buffer, rst::ind_buf_id ind_buffer, rst::Primitive type)
{
    if (type != rst::Primitive::Triangle)
    {
        throw std::runtime_error("Drawing primitives other than triangle is not implemented yet!");
    }
    auto& buf = pos_buf[pos_buffer.pos_id];
    auto& ind = ind_buf[ind_buffer.ind_id];

    float f1 = (100 - 0.1) / 2.0;
    float f2 = (100 + 0.1) / 2.0;

    Eigen::Matrix4f mvp = projection * view * model;
    for (auto& i : ind)
    {
        Triangle t;

        Eigen::Vector4f v[] = {
                mvp * to_vec4(buf[i[0]], 1.0f),
                mvp * to_vec4(buf[i[1]], 1.0f),
                mvp * to_vec4(buf[i[2]], 1.0f)
        };

        for (auto& vec : v) {
            vec /= vec.w();
        }

        for (auto & vert : v)
        {
            vert.x() = 0.5*width*(vert.x()+1.0);
            vert.y() = 0.5*height*(vert.y()+1.0);
            vert.z() = vert.z() * f1 + f2;
        }

        for (int i = 0; i < 3; ++i)
        {
            t.setVertex(i, v[i].head<3>());
            t.setVertex(i, v[i].head<3>());
            t.setVertex(i, v[i].head<3>());
        }

        t.setColor(0, 255.0,  0.0,  0.0);
        t.setColor(1, 0.0  ,255.0,  0.0);
        t.setColor(2, 0.0  ,  0.0,255.0);

        rasterize_wireframe(t);
    }
}

void rst::rasterizer::rasterize_wireframe(const Triangle& t)
{
    draw_line(t.c(), t.a());
    draw_line(t.c(), t.b());
    draw_line(t.b(), t.a());
}

void rst::rasterizer::set_model(const Eigen::Matrix4f& m)
{
    model = m;
}

void rst::rasterizer::set_view(const Eigen::Matrix4f& v)
{
    view = v;
}

void rst::rasterizer::set_projection(const Eigen::Matrix4f& p)
{
    projection = p;
}

void rst::rasterizer::clear(rst::Buffers buff)
{
    if ((buff & rst::Buffers::Color) == rst::Buffers::Color)
    {
        std::fill(frame_buf.begin(), frame_buf.end(), Eigen::Vector3f{0, 0, 0});
    }
    if ((buff & rst::Buffers::Depth) == rst::Buffers::Depth)
    {
        std::fill(depth_buf.begin(), depth_buf.end(), std::numeric_limits<float>::infinity());
    }
}

rst::rasterizer::rasterizer(int w, int h) : width(w), height(h)
{
    frame_buf.resize(w * h);
    depth_buf.resize(w * h);
}

int rst::rasterizer::get_index(int x, int y)
{
    return (height-y)*width + x;
}

void rst::rasterizer::set_pixel(const Eigen::Vector3f& point, const Eigen::Vector3f& color)
{
    //old index: auto ind = point.y() + point.x() * width;
    if (point.x() < 0 || point.x() >= width ||
        point.y() < 0 || point.y() >= height) return;
    auto ind = point.y()*width + point.x();
    frame_buf[ind] = color;
}


效果图:在这里插入代码片
在这里插入图片描述

作业2

main.cpp

// clang-format off
#include <iostream>
#include <opencv2/opencv.hpp>
#include "rasterizer.hpp"
#include "global.hpp"
#include "Triangle.hpp"

constexpr double MY_PI = 3.1415926;

Eigen::Matrix4f get_view_matrix(Eigen::Vector3f eye_pos)
{
    Eigen::Matrix4f view = Eigen::Matrix4f::Identity();

    Eigen::Matrix4f translate;
    translate << 1,0,0,-eye_pos[0],
                 0,1,0,-eye_pos[1],
                 0,0,1,-eye_pos[2],
                 0,0,0,1;

    view = translate*view;

    return view;
}

Eigen::Matrix4f get_model_matrix(float rotation_angle)
{
    float theta = rotation_angle / 180.0 * M_PI;
    Eigen::Matrix4f model = Eigen::Matrix4f::Identity();
    model << std::cos(theta), -std::sin(theta), 0, 0,
        std::sin(theta), std::cos(theta), 0, 0,
        0, 0, 1.0, 0,
        0, 0, 0, 1;
    // TODO: Implement this function
    // Create the model matrix for rotating the triangle around the Z axis.
    // Then return it.

    return model;
}

Eigen::Matrix4f get_projection_matrix(float eye_fov, float aspect_ratio,
                                      float zNear, float zFar)
{
    // Students will implement this function

    Eigen::Matrix4f projection = Eigen::Matrix4f::Identity();

    // TODO: Implement this function
    // Create the projection matrix for the given parameters.
    // Then return it.
    Eigen::Matrix4f p1 = Eigen::Matrix4f::Identity();
    p1 << zNear, 0, 0, 0,
        0, zNear, 0, 0,
        0, 0, zNear + zFar, -zFar * zNear,
        0, 0, 1.0, 0;
    float theta = eye_fov / 2.0 / 180.0 * M_PI;
    float y_top = -zNear * std::tan(theta);
    float x_left = -y_top * aspect_ratio;
    float x_right = -x_left;
    float y_down = -y_top;

    Eigen::Matrix4f scale = Eigen::Matrix4f::Identity();
    scale << 2.0 / (x_right - x_left), 0, 0, 0,
        0, 2.0 / (y_top - y_down), 0, 0,
        0, 0, 2.0 / (zNear - zFar), 0,
        0, 0, 0, 1.0;

    Eigen::Matrix4f trans = Eigen::Matrix4f::Identity();
    trans << 1, 0, 0, -(x_left + x_right) /2,
        0, 1, 0, -(y_top + y_down) / 2,
        0, 0, 1, -(zNear + zFar) / 2,
        0, 0, 0, 1;
    projection = scale * trans * p1;

    return projection;
}


int main(int argc, const char** argv)
{
    float angle = 0;
    bool command_line = false;
    std::string filename = "output.png";

    if (argc == 2)
    {
        command_line = true;
        filename = std::string(argv[1]);
    }

    rst::rasterizer r(700, 700);

    Eigen::Vector3f eye_pos = {0,0,5};


    std::vector<Eigen::Vector3f> pos 
            {
                    {2, 0, -2},
                    {0, 2, -2},
                    {-2, 0, -2},
                    {3.5, -1, -5},
                    {2.5, 1.5, -5},
                    {-1, 0.5, -5}
            };

    std::vector<Eigen::Vector3i> ind
            {
                    {0, 1, 2},
                    {3, 4, 5}
            };

    std::vector<Eigen::Vector3f> cols
            {
                    {217.0, 238.0, 185.0},
                    {217.0, 238.0, 185.0},
                    {217.0, 238.0, 185.0},
                    {185.0, 217.0, 238.0},
                    {185.0, 217.0, 238.0},
                    {185.0, 217.0, 238.0}
            };

    auto pos_id = r.load_positions(pos);
    auto ind_id = r.load_indices(ind);
    auto col_id = r.load_colors(cols);

    int key = 0;
    int frame_count = 0;

    if (command_line)
    {
        r.clear(rst::Buffers::Color | rst::Buffers::Depth);

        r.set_model(get_model_matrix(angle));
        r.set_view(get_view_matrix(eye_pos));
        r.set_projection(get_projection_matrix(45, 1, 0.1, 50));

        r.draw(pos_id, ind_id, col_id, rst::Primitive::Triangle);
        cv::Mat image(700, 700, CV_32FC3, r.frame_buffer().data());
        image.convertTo(image, CV_8UC3, 1.0f);
        cv::cvtColor(image, image, cv::COLOR_RGB2BGR);

        cv::imwrite(filename, image);

        return 0;
    }

    while(key != 27)
    {
        r.clear(rst::Buffers::Color | rst::Buffers::Depth);

        r.set_model(get_model_matrix(angle));
        r.set_view(get_view_matrix(eye_pos));
        r.set_projection(get_projection_matrix(45, 1, 0.1, 50));

        r.draw(pos_id, ind_id, col_id, rst::Primitive::Triangle);

        cv::Mat image(700, 700, CV_32FC3, r.frame_buffer().data());
        image.convertTo(image, CV_8UC3, 1.0f);
        cv::cvtColor(image, image, cv::COLOR_RGB2BGR);
        cv::imshow("image", image);
        key = cv::waitKey(10);

        std::cout << "frame count: " << frame_count++ << '\n';
    }

    return 0;
}
// clang-format on

rasterizer.cpp

// clang-format off
//
// Created by goksu on 4/6/19.
//

#include <algorithm>
#include <vector>
#include "rasterizer.hpp"
#include <opencv2/opencv.hpp>
#include <math.h>


rst::pos_buf_id rst::rasterizer::load_positions(const std::vector<Eigen::Vector3f> &positions)
{
    auto id = get_next_id();
    pos_buf.emplace(id, positions);

    return {id};
}

rst::ind_buf_id rst::rasterizer::load_indices(const std::vector<Eigen::Vector3i> &indices)
{
    auto id = get_next_id();
    ind_buf.emplace(id, indices);

    return {id};
}

rst::col_buf_id rst::rasterizer::load_colors(const std::vector<Eigen::Vector3f> &cols)
{
    auto id = get_next_id();
    col_buf.emplace(id, cols);

    return {id};
}

auto to_vec4(const Eigen::Vector3f& v3, float w = 1.0f)
{
    return Vector4f(v3.x(), v3.y(), v3.z(), w);
}


static bool insideTriangle(float x, float y, const Vector3f* _v)
{   
    // TODO : Implement this function to check if the point (x, y) is inside the triangle represented by _v[0], _v[1], _v[2]
    Eigen::Vector2f p;
    p << x, y;

    Eigen::Vector2f AB = _v[1].head(2) - _v[0].head(2);
    Eigen::Vector2f BC = _v[2].head(2) - _v[1].head(2);
    Eigen::Vector2f CA = _v[0].head(2) - _v[2].head(2);

    Eigen::Vector2f AP = p - _v[0].head(2);
    Eigen::Vector2f BP = p - _v[1].head(2);
    Eigen::Vector2f CP = p - _v[2].head(2);

    return AB[0] * AP[1] - AB[1] * AP[0] >0 && 
    BC[0] * BP[1] - BC[1] * BP[0] >0 && 
    CA[0] * CP[1] - CA[1] * CP[0] >0;
}

static std::tuple<float, float, float> computeBarycentric2D(float x, float y, const Vector3f* v)
{
    float c1 = (x*(v[1].y() - v[2].y()) + (v[2].x() - v[1].x())*y + v[1].x()*v[2].y() - v[2].x()*v[1].y()) / (v[0].x()*(v[1].y() - v[2].y()) + (v[2].x() - v[1].x())*v[0].y() + v[1].x()*v[2].y() - v[2].x()*v[1].y());
    float c2 = (x*(v[2].y() - v[0].y()) + (v[0].x() - v[2].x())*y + v[2].x()*v[0].y() - v[0].x()*v[2].y()) / (v[1].x()*(v[2].y() - v[0].y()) + (v[0].x() - v[2].x())*v[1].y() + v[2].x()*v[0].y() - v[0].x()*v[2].y());
    float c3 = (x*(v[0].y() - v[1].y()) + (v[1].x() - v[0].x())*y + v[0].x()*v[1].y() - v[1].x()*v[0].y()) / (v[2].x()*(v[0].y() - v[1].y()) + (v[1].x() - v[0].x())*v[2].y() + v[0].x()*v[1].y() - v[1].x()*v[0].y());
    return {c1,c2,c3};
}

void rst::rasterizer::draw(pos_buf_id pos_buffer, ind_buf_id ind_buffer, col_buf_id col_buffer, Primitive type)
{
    auto& buf = pos_buf[pos_buffer.pos_id];
    auto& ind = ind_buf[ind_buffer.ind_id];
    auto& col = col_buf[col_buffer.col_id];

    float f1 = (50 - 0.1) / 2.0;
    float f2 = (50 + 0.1) / 2.0;

    Eigen::Matrix4f mvp = projection * view * model;
    for (auto& i : ind)
    {
        Triangle t;
        Eigen::Vector4f v[] = {
                mvp * to_vec4(buf[i[0]], 1.0f),
                mvp * to_vec4(buf[i[1]], 1.0f),
                mvp * to_vec4(buf[i[2]], 1.0f)
        };
        //Homogeneous division
        for (auto& vec : v) {
            vec /= vec.w();
        }
        //Viewport transformation
        for (auto & vert : v)
        {
            vert.x() = 0.5*width*(vert.x()+1.0);
            vert.y() = 0.5*height*(vert.y()+1.0);
            vert.z() = vert.z() * f1 + f2;
        }

        for (int i = 0; i < 3; ++i)
        {
            t.setVertex(i, v[i].head<3>());
            t.setVertex(i, v[i].head<3>());
            t.setVertex(i, v[i].head<3>());
        }

        auto col_x = col[i[0]];
        auto col_y = col[i[1]];
        auto col_z = col[i[2]];

        t.setColor(0, col_x[0], col_x[1], col_x[2]);
        t.setColor(1, col_y[0], col_y[1], col_y[2]);
        t.setColor(2, col_z[0], col_z[1], col_z[2]);

        rasterize_triangle(t);
    }
}

//Screen space rasterization
void rst::rasterizer::rasterize_triangle(const Triangle& t) {
    auto v = t.toVector4();
    // TODO : Find out the bounding box of current triangle.
    // iterate through the pixel and find if the current pixel is inside the triangle

    // If so, use the following code to get the interpolated z value.
    //auto[alpha, beta, gamma] = computeBarycentric2D(x, y, t.v);
    //float w_reciprocal = 1.0/(alpha / v[0].w() + beta / v[1].w() + gamma / v[2].w());
    //float z_interpolated = alpha * v[0].z() / v[0].w() + beta * v[1].z() / v[1].w() + gamma * v[2].z() / v[2].w();
    //z_interpolated *= w_reciprocal;

    // TODO : set the current pixel (use the set_pixel function) to the color of the triangle (use getColor function) if it should be painted.
    float x_min1 = std::min(v[0][0], std::min(v[1][0], v[2][0]));
    float x_max1 = std::max(v[0][0], std::max(v[1][0], v[2][0]));
    float y_min1 = std::min(v[0][1], std::min(v[1][1], v[2][1]));
    float y_max1 = std::max(v[0][1], std::max(v[1][1], v[2][1]));   

    int x_min = std::floor(x_min1);
    int x_max = std::ceil(x_max1);
    int y_min = std::floor(y_min1);
    int y_max = std::ceil(y_max1);

    bool MSAA = false;
    if(MSAA){
        std::vector<Eigen::Vector2f> pos = {
            {0.25, 0.25},
            {0.25,0.75},
            {0.75,0.25},
            {0.75,0.75}
        };
        for(int x = x_min; x <= x_max; ++x){
            for(int y = y_min; y <= y_max; ++y){
     
                float count = 0;
                float dep = FLT_MAX;
                for(int i = 0; i < 4; ++i){
                    if(insideTriangle((float)x + pos[i][0], (float)y + pos[i][1], t.v)){
                        count += 1.0;
                        auto tup = computeBarycentric2D((float)x + pos[i][0], (float)y + pos[i][1], t.v);
                        float alpha, beta, gamma;
                        std::tie(alpha, beta, gamma) = tup;
                        float w_reciprocal = 1.0/(alpha / v[0].w() + beta / v[1].w() + gamma / v[2].w());
                        float z_interpolated = alpha * v[0].z() / v[0].w() + beta * v[1].z() / v[1].w() + gamma * v[2].z() / v[2].w();
                        z_interpolated *= w_reciprocal;
                        dep = std::min(dep, z_interpolated);
                    }
                }
                if(count){
                    if(depth_buf[get_index(x, y)] > dep){
                        Vector3f color = t.getColor() * count / 4.0;
                        Vector3f point;
                        point << x, y, dep;
                        depth_buf[get_index(x, y)] = dep;
                        set_pixel(point, color);
                    }
                }
            }
        }
    }
    else{
        for(int x = x_min; x <= x_max; ++x){
            for(int y = y_min; y <= y_max; ++y){
                if(insideTriangle(x, y, t.v)){
                        auto tup = computeBarycentric2D(x, y, t.v);
                        float alpha, beta, gamma;
                        std::tie(alpha, beta, gamma) = tup;
                        float w_reciprocal = 1.0/(alpha / v[0].w() + beta / v[1].w() + gamma / v[2].w());
                        float z_interpolated = alpha * v[0].z() / v[0].w() + beta * v[1].z() / v[1].w() + gamma * v[2].z() / v[2].w();
                        z_interpolated *= w_reciprocal;

                        if(depth_buf[get_index(x, y)] > z_interpolated){
                            Vector3f color = t.getColor();
                            Vector3f point;
                            point << x, y, z_interpolated;
                            depth_buf[get_index(x, y)] = z_interpolated;
                            set_pixel(point, color);
                        }
                }
            }
        }
    }
}

void rst::rasterizer::set_model(const Eigen::Matrix4f& m)
{
    model = m;
}

void rst::rasterizer::set_view(const Eigen::Matrix4f& v)
{
    view = v;
}

void rst::rasterizer::set_projection(const Eigen::Matrix4f& p)
{
    projection = p;
}

void rst::rasterizer::clear(rst::Buffers buff)
{
    if ((buff & rst::Buffers::Color) == rst::Buffers::Color)
    {
        std::fill(frame_buf.begin(), frame_buf.end(), Eigen::Vector3f{0, 0, 0});
    }
    if ((buff & rst::Buffers::Depth) == rst::Buffers::Depth)
    {
        std::fill(depth_buf.begin(), depth_buf.end(), std::numeric_limits<float>::infinity());
    }
}

rst::rasterizer::rasterizer(int w, int h) : width(w), height(h)
{
    frame_buf.resize(w * h);
    depth_buf.resize(w * h);
}

int rst::rasterizer::get_index(int x, int y)
{
    return (height-1-y)*width + x;
}

void rst::rasterizer::set_pixel(const Eigen::Vector3f& point, const Eigen::Vector3f& color)
{
    //old index: auto ind = point.y() + point.x() * width;
    auto ind = (height-1-point.y())*width + point.x();
    frame_buf[ind] = color;

}

// clang-format on

采用MSAA抗锯齿:
在这里插入图片描述
仔细看边界处:
在这里插入图片描述
不采用MSAA:
在这里插入图片描述
仔细看边界处:可以看到明显的锯齿!
在这里插入图片描述

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加:2021-12-07 11:59:03  更:2021-12-07 11:59:58 
 
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