Game101学习笔记

作业01

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作业01：
本次作业的任务是填写一个旋转矩阵和一个透视投影矩阵。给定三维下三个 点 v0(2.0,0.0,−2.0),v1(0.0,2.0,−2.0),v2(−2.0,0.0,−2.0), 你需要将这三个点的坐 标变换为屏幕坐标并在屏幕上绘制出对应的线框三角形 (在代码框架中，我们已 经提供了 draw_triangle 函数，所以你只需要去构建变换矩阵即可)。简而言之， 我们需要进行模型、视图、投影、视口等变换来将三角形显示在屏幕上。在提供 的代码框架中，我们留下了模型变换和投影变换的部分给你去完成。 如果你对上述概念有任何不清楚或疑问，请复习课堂笔记或询问助教。 以下是你需要在 main.cpp 中修改的函数（请不要修改任何的函数名和其他 已经填写好的函数，并保证提交的代码是已经完成且能运行的）：
• get_model_matrix(float rotation_angle): 逐个元素地构建模型变换矩 阵并返回该矩阵。在此函数中，你只需要实现三维中绕 z 轴旋转的变换矩阵， 而不用处理平移与缩放。
• get_projection_matrix(float eye_fov, float aspect_ratio, float zNear, float zFar):使用给定的参数逐个元素地构建透视投影矩阵并返回 该矩阵。
• [Optional] main(): 自行补充你所需的其他操作。

当你在上述函数中正确地构建了模型与投影矩阵，光栅化器会创建一个窗口 显示出线框三角形。由于光栅化器是逐帧渲染与绘制的，所以你可以使用 A 和 D 键去将该三角形绕 z 轴旋转 (此处有一项提高作业，将三角形绕任意过原点的 轴旋转)。当你按下 Esc 键时，窗口会关闭且程序终止。 

代码：

效果显示如下图：
作业01

作业02

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作业02：
在上次作业中，虽然我们在屏幕上画出一个线框三角形，但这看起来并不是 那么的有趣。所以这一次我们继续推进一步——在屏幕上画出一个实心三角形， 换言之，栅格化一个三角形。上一次作业中，在视口变化之后，我们调用了函数 rasterize_wireframe(const Triangle& t)。但这一次，你需要自己填写并调用 函数 rasterize_triangle(const Triangle& t)。
该函数的内部工作流程如下： 
1. 创建三角形的 2 维 bounding box。 
2. 遍历此 bounding box 内的所有像素（使用其整数索引）。然后，使用像素中 心的屏幕空间坐标来检查中心点是否在三角形内。 
3. 如果在内部，则将其位置处的插值深度值 (interpolated depth value) 与深度 缓冲区 (depth buffer) 中的相应值进行比较。 
4. 如果当前点更靠近相机，请设置像素颜色并更新深度缓冲区 (depth buffer)。
你需要修改的函数如下： 
• rasterize_triangle(): 执行三角形栅格化算法 
• static bool insideTriangle(): 测试点是否在三角形内。你可以修改此函 数的定义，这意味着，你可以按照自己的方式更新返回类型或函数参数。
因为我们只知道三角形三个顶点处的深度值，所以对于三角形内部的像素， 我们需要用插值的方法得到其深度值。我们已经为你处理好了这一部分，因为有 关这方面的内容尚未在课程中涉及。插值的深度值被储存在变量z_interpolated 中。

请注意我们是如何初始化 depth buffer 和注意 z values 的符号。为了方便 同学们写代码，我们将 z 进行了反转，保证都是正数，并且越大表示离视点越远。

效果显示如下图：
作业02

作业03

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作业03：
在这次编程任务中，我们会进一步模拟现代图形技术。我们在代码中添加了 Object Loader(用于加载三维模型), Vertex Shader 与 Fragment Shader，并且支持 了纹理映射。 而在本次实验中，你需要完成的任务是: 
1. 修改函数 rasterize_triangle(const Triangle& t) in rasterizer.cpp: 在此 处实现与作业02类似的插值算法，实现法向量、颜色、纹理颜色的插值。 
2. 修改函数 get_projection_matrix() in main.cpp: 将你自己在之前的实验中 实现的投影矩阵填到此处，此时你可以运行./Rasterizer output.png normal 来观察法向量实现结果。 
3. 修改函数 phong_fragment_shader() in main.cpp: 实现 Blinn-Phong 模型计 算 Fragment Color. 
4. 修改函数 texture_fragment_shader() in main.cpp: 在实现 Blinn-Phong 的基础上，将纹理颜色视为公式中的 kd，实现 Texture Shading Fragment Shader. 
5. 修改函数 bump_fragment_shader() in main.cpp: 在实现 Blinn-Phong 的 基础上，仔细阅读该函数中的注释，实现 Bump mapping. 
6. 修改函数 displacement_fragment_shader() in main.cpp: 在实现 Bump mapping 的基础上，实现 displacement mapping.

代码：

作业03

作业04

作业05

作业06

作业07

作业08

作业09

作业10

作业11

参考

GAMES101-现代计算机图形学入门-闫令琪