3D图形渲染：光栅化阶段详解与背面消隐

5.10 光栅化阶段是计算机图形学中的一个重要步骤，负责将3D几何形状转换为2D像素表示，以便在屏幕上渲染。在这个阶段，主要任务是对经过裁剪后的3D三角形进行像素颜色的计算。首先，我们来看视口变换。 视口变换是这个阶段的关键步骤之一。在裁剪操作完成后，硬件自动执行透视除法，将顶点从齐次裁剪空间转换到规范化设备空间（NDC，Normalized Device Coordinates），使得x、y坐标范围变为[0,1]，适应于屏幕上的像素坐标。尽管z坐标通常保持不变，但通过D3D11_VIEWPORT结构体中的MinDepth和MaxDepth参数，可以调整其取值范围。 背面消隐是光栅化阶段的一个重要优化技术。每个三角形都有两个面，通过计算法线（例如，使用边向量e0 = v1 - v0 和 e1 = v2 - v1，然后取交叉积确定法线n）来区分前后两面。面向观察者的面被视为正面，背对观察者的面为背面。在3D空间中，大多数物体的内部都是封闭的，朝后的三角形会被朝前的三角形遮挡，因此背面消隐技术用来避免绘制这些无用的三角形，从而减少绘制的工作量，提高渲染效率。图5.31和图5.32通过2D和3D示例展示了背面消隐如何工作，以及它如何不影响最终图像，因为朝后的三角形被遮挡。 在透明度处理中，比如绘制透明立方体，可能会涉及到更多的复杂性，因为透明度会依赖于物体之间的深度关系。这可能涉及到深度测试和混合模式，以正确地决定像素的最终颜色和透明度。然而，这些都是光栅化阶段之后的处理步骤，它们与光栅化本身紧密相连，但又属于更高级别的渲染算法。 5.10光栅化阶段是将3D模型转化为2D图像的关键步骤，包括视口变换、背面消隐等技术，这些技术不仅影响渲染速度，也影响最终图像的质量和性能表现。理解这些原理对于深入学习计算机图形学和3D游戏开发至关重要。