GAMES101渲染部分(1)

08 November 2021 - less than 1 min read time
Tags: GAMES101 图形学 光栅化

前几天面试被说基础不够，思来想去，决定二刷GAMES101，相信在学习了一年之后，再看这门课应该会有不一样的收获。

这次仅对其中渲染部分知识进行汇总。

光栅化到光线追踪前。

光栅化

• 点是否在三角形内

  • 三次叉积

  • 求重心坐标
  • 向任意方向发射射线

• 采样在图形学中广泛存在。光栅化可以看成是对屏幕中心是否在三角形内部的采样。

反走样

• 增加采样率
  • SSAA：直接渲染到一张分辨率更大的图像上再进行下采样。
• 先做模糊再做采样：相当于把高频信息拿掉，这样哪怕采样率比较低也不至于走样。
  • MSAA：可以理解成对一个像素内部做卷积，相当于求像素内部被三角形覆盖的面积占像素面积的比例。实际应用时，会做边缘检测，只对边缘进行MSAA
• FXAA(Fast Approximate AA)：做边缘检测，对边缘容易产生锯齿的像素进行AA。消耗低。

• TAA(Temporal AA)：通过附近帧进行反走样。

• 超分辨率（和抗锯齿并不一样）
  • DLSS

投影矫正

（被坑了无数次的问题

不能直接运用屏幕空间（投影平面）下的点计算中心坐标，正确的插值方法应该是在3D空间下进行插值。

具体参见Mathematics for 3D Game Programming and Computer Graphics

纹理映射

Texture Magnification（纹理放大），起因是纹理太小了。

纹理上的一个纹素映射到屏幕上的时候覆盖了多个像素。屏幕上的多个像素映射到了同一个纹素上去（映射到了几个纹素之间）。

• Nearest
• Bilinear
• Bicubic

Texture Minification（纹理缩小），纹理太大了。

走样

纹理上的一个纹素映射到屏幕上的时候覆盖不了一个像素。屏幕上的一个像素映射到了多个纹素上去。

走样的问题：信号变化过快，采样频率跟不上

• 采用更高频的采样方法，跟上信号变化：可以用超采样加大采样率，但是消耗过大。
• 实际上采用MipMap将信号变化进行改变

点查询问题/范围查询问题

MipMap

范围查询：Fast + Approximate + Square 快+近似+正方形

凹凸贴图

如何利用凹凸贴图更改法线

在切线空间下对uv方向高度导数进行计算之后求出扰动后的法线。

阴影

• 一种图像空间的做法（不需要知道场景中的几何信息的）
  • 必须处理走样
    • shadow bias，比较时加上的值
    • 考虑生成阴影图的分辨率，如果阴影图分辨率过小可能会导致走样