Схема графического конвейера
В данном разделе мы рассмотрим принципы построения трехмерных сцен с помощью графической библиотеки Direct3D. Вначале необходимо познакомиться со схемой работы графического конвейера. Графический конвейер представляет собой некое аппаратно-программное устройство, которое переводит объекты, описанные в трехмерном пространстве XYZ, с учетом положения наблюдателя, во множество пикселей на экране вашего монитора. Ниже приведена блок-схема работы графического конвейера.
"Жизнь" вершин начинается, когда они попадают в графический конвейер из приложения. На первом шаге графического конвейера все вершины объектов подвергаются аффинным преобразованиям - вращению, масштабированию и перемещению. За этот шаг отвечает блок трансформации и освещения либо же вершинный шейдер. По сути, выполняют они одну и ту же работу по преобразованию вершин, но блок трансформации и освещения жестко задает правила обработки, в то время как вершинный шейдер является программируемым элементом на данной стадии. Здесь же происходит расчет освещенности в вершинах в зависимости от количества, места положения и типа источников света. Вершинный шейдер получает на вход одну вершину, содержащую координаты в локальной системе координат, и выдает ее же, но уже трансформированную в координатах системы наблюдателя (камеры).
Отсечение невидимых граней "удаляет" все треугольники сцены, которые расположены нелицевыми сторонами к камере (наблюдателю). Программист может указать порядок обхода вершин треугольника (по часовой/против часовой стрелки), при котором библиотека будет блокировать вывод этих примитивов.
Пользователь может установить дополнительные плоскости отсечения, которые будут отсекать те вершины и треугольники, которые находятся в отрицательном полупространстве плоскостей.
Отсечение по видимому объему задает пирамиду видимости, и примитивы, которые находятся вне этой пирамиды, будут отсекаться.
На следующем шаге графического конвейера производится так называемое однородное преобразование, при котором x,y,z координаты вершин делятся на четвертую компоненту, называемую однородным множителем.
После этого преобразования координаты треугольников будут нормализованы, а объем (пирамида) видимости трансформируется в единичный ортогональный куб.
Теперь нормализованные координаты отображаются в пространство экрана. На этом шаге "жизнь" вершин в графическом конвейере заканчивается.
Следующий этап начинается с растеризации треугольников и получении из них массива пикселей. Причем каждый растеризуемый пиксель обладает теми же атрибутами (цвет, текстурные координаты и т.д.) что и вершина после обработки вершинным шейдером. Значения же атрибутов пикселя вычисляются на основе линейной интерполяции вершин примитива.
Шаг мультитекстурирования может производиться либо с помощью механизма работы с текстурами, либо же с помощью пиксельных шейдеров. Пиксельные шейдеры можно рассматривать как некий программируемый механизм обработки пикселей. Причем способ и результат такой обработки зависит только от программиста. Именно с помощью пиксельных шейдеров получают визуальные эффекты, сравнимые с киноэффектами (моделирование воды, травяной поверхности, меха, микрорельефное и попиксельное освещение и др.).
После блока мультитекстурирования наступает фаза различных тестов, после успешного прохождения которых, пиксель попадает в буфер кадра (место в видеопамяти) и отображается на экране либо в заменяющую его текстуру.
