[OpenGL] 从顶点坐标到光栅化（渲染管线）

一.输入对象信息

        我们一般用三维网格来表达三维物体。对于建好的模型（obj）而言，它是由如下数据表达的：

        后两者不是必须的，但我们假设它存在，以方便我们讨论渲染管线。

        法线方向主要用于指定正反面，它参与了很多运算，如背面消隐、光照计算……在我们没有指定的情况下，openGL会根据顶点绘制的顺序按右手定则的方向为正面。

        索引是用于指定顶点（或者纹理坐标）是以怎样的方式组成一个个三角形面片的。

二.从世界坐标系经过模型变换到视区坐标系

        假设我们已经导入了一系列obj，每个三维网格有着自己的局部坐标系，我们通过平移、旋转、缩放，首先把顶点从局部坐标系转换到世界坐标系。

        接下来，我们通过glLookAt指定了我们的视区坐标系。我们指定了头顶向上的方向，以及眼睛的位置，望向的位置。用户指定的两个向量不一定是垂直的，openGL会根据这两个向量所在的平面，计算垂线，得到第三个维度的向量（按右手坐标系方向），然后再依据视线向量和第三维度向量所在的平面，计算垂线，更新头顶向上的方向向量（与原来的夹角小于90度即可），这样就得到了正交的坐标系。

        然后，我们再把物体从世界坐标系变换到视区坐标系。（具体变换的过程就是线性代数方程的求解）

三.根据光照、纹理、材质信息，计算顶点的颜色分量

        首先，在已知光照、材质相关信息的条件下，我们计算颜色分量。具体过程是这样的：

        1. 输入的信息是面法线，对于一个顶点，我们求其所有相接面法线的平均法线，得到顶点法线方向。

        2. phong shading：

        利用双线性插值计算多边形内部点的法线方向，然后根据phong光照模型计算每个点的rgb值

        或者Gouraud Shading：

        先利用phong光照模型计算每个顶点的颜色分量，再利用双线性插值计算多边形内部点的颜色分量。

        phong光照模型：

        （ka为环境反射系数，kd为漫反射系数，ks为镜面反射系数，对所有特定光源求和，并有kd+ks=1）

        以上参数都是用户在编程过程中指定，或者模型导入时加载的。

    （1）计算边上每个点的分量：D = a A + （1-a）B

    （2）计算内部点的分量：F = b D + （1-b）E

        3.纹理映射

        根据用户指定的过滤方式进行纹理到顶点的映射，需要处理纹理大小与映射对象大小不一的情况（采样）。最终得到的是每个点的颜色分量。

        如果你制定了纹理与光照混合，这两种方式得到的颜色分量将会以不同方式叠加。

 
四.投影

        可以指定正投影和透视投影。

        在openGL中，我们使用glOrtho来指定正投影，用gluPerspective来指定透视投影，前者是一个立方体，后者则是一个四棱台的区域。正投影的运算比较简单，可以用相似三角形求出，而透视投影则相对复杂一些。

五.变换到窗口坐标

        我们使用glViewport来设置这一过程，得到最终屏幕上显示的部分，并进行裁剪。

 
六.光栅化、消隐

        注意到这个时候我们得到的还是顶点信息，我们开始用扫描线进行光栅化处理，我们自上而下，一行行地处理；扫描过程中可以利用增量的思想进行加速，它实际上就是DDA算法的实现，可以用特定数据结构-活性边表来维护边表拓扑信息，加速这一过程。

        对于填充而言，根据遇到交点个数的奇偶性来判定是否绘制像素，在这里要特别处理拐角处的点。在填充过程中，我们同时进行消隐，维护z-buffer。

最后

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