计算机图形与图像 第一章 第四节 流水线体系结构.pdfVIP

计算机图形与图像 计算机学院黄章进 zhuang@ustc.edu.cn 第一章第四节 流水线体系结构 2 主要内容 • 图形渲染流水线体系结构 • 应用程序编程接口（API ） 3 成像模型回顾 • 能否模拟虚拟照相机模型设计图形系统中 的硬件和软件？ • 应用程序编程接口(API) – 只需指定 • 对象 • 材料属性 • 观察者 • 光源 • 如何实现API ？ 4 成像模型回顾 • 全局光照模型 – 光线跟踪方法 – 辐射度方法 – 计算量非常大，目前没有硬件加速支持，不适 合实时或交互式系统 • 局部光照模型 – Phong光照模型 – 计算量适中，有硬件加速支持 – 当前主流API ：OpenGL, Direct3D 5 流水线体系 • 按照应用程序定义对象的先后顺序，依次 处理每个对象 – 只考虑局部光照 • 流水线体系结构 顶点 裁剪器与 顶点 光栅化器 片段处理器 像素 处理器 图片装配器 应用程序 显示设备 • 所有步骤都可以通过显示卡的硬件实现 6 流水线(pipeline) • 工厂装配线 • 算术流水线：a+(b*c) • 图形渲染流水线 7 成像过程 • 四个主要步骤： – 顶点处理 – 裁剪和图元装配 – 光栅化 – 片段处理 8 顶点处理 • 图元的类型和顶点集定义了场景的几何 – 对象由一组图元组成，而每个图元又包含一组顶点 • 流水线中大部分工作是把对象在一个坐标系中 表示转化为另一坐标系中的表示： – 世界坐标系 – 照相机(眼睛)坐标系 – 屏幕坐标系 • 坐标的每个变换相当于一次矩阵乘法 • 顶点处理器也计算顶点的颜色 顶点 裁剪器与 顶点 光栅化器 片段处理器 像素 处理器 图元装配器 9 投影 • 把三维观察者位置与三维对象结合在一起， 确定二维图像的构成 – 透视投影：所有投影线交于投影中心 – 平行投影：投影线平行，投影中心在无穷远， 用投影方向表示 • 在顶点处理步中，对各个顶点的处理是相 互独立的