計算機圖形學(xué)第七章圖形繪制管線(已修改)
2025-05-28 15:31 本頁面
【正文】 第七章 圖形繪制管線（ pipeline） 對于一項復(fù)雜工程，使用管線結(jié)構(gòu)比使用非管線結(jié)構(gòu)可以得到更大的吞吐量。管線結(jié)構(gòu)的整體速度是由管線中最慢的那個階段決定的。 圖形繪制使用的管線稱為圖形繪制管線。從概念上，圖形繪制管線可以粗略地分為 3個階段，即：應(yīng)用程序階段、幾何階段、光柵階段。每個階段又可以進一步劃分為幾個子階段，為了對子階段進行加速，又可以對子階段進行并行化處理。 應(yīng)用程序 幾何 光柵 圖形繪制管線 應(yīng)用程序階段 應(yīng)用程序階段是通過軟件實現(xiàn)的，開發(fā)者能夠?qū)υ撾A段進行完全的控制，可以通過改變實現(xiàn)方式來改進實際性能。 這一階段要完成諸如建模、碰撞檢測、加速算法、動畫、力反饋、人機交互，以及一些不在其它階段執(zhí)行的計算。 在應(yīng)用程序階段末端，將需要繪制的幾何體輸入到繪制管線的下一階段。這些幾何體都是繪制圖元（如點、線、三角形等），最終需要在輸出設(shè)備上顯示出來。這就是應(yīng)用程序階段最重要的任務(wù)。 對于其它階段，由于其全部或部分是建立在硬件基礎(chǔ)之上，因此要改變實現(xiàn)過程是比較困難的。但應(yīng)用程序階段可以改變幾何和光柵階段所消耗的時間，例如可以設(shè)法減少傳遞給幾何階段的三角片數(shù)量。 由于應(yīng)用程序階段是基于軟件方式實現(xiàn)的，因此不能像幾何和光柵階段那樣分成若干個子階段。但是為了提高性能，可以使用并行處理器進行加速。 幾何階段 幾何階段主要負責(zé)大部分多邊形和頂點操作，執(zhí)行的是計算量非常高的任務(wù)，可以將這個階段進一步劃分為幾個功能階段。 模型和 視點變換 光照和 著色 投影 裁減 屏幕映射 模型坐標(biāo)系：每個物體（模型）可以有自己的坐標(biāo)系，這個坐標(biāo)系稱為模型坐標(biāo)。它是在建模時確定的。 世界坐標(biāo)系：為了確定物體在場景中的比例、位置和朝向，需要為場景中的物體建立一個公共的坐標(biāo)系，這個坐標(biāo)系稱為世界坐標(biāo)系。 視點坐標(biāo)系：固定在觀察者的雙眼正中， X軸的方向向右、 Y軸的方向向上、 Z軸的負方向與視線同向。又稱為相機坐標(biāo)系。 規(guī)范化坐標(biāo)系 ：（ 左手系） x∈ [1,1]， y∈ [1,1]， z∈ [1,1]。 窗口坐標(biāo)系： （ 左手系） x∈ [0,winx1]， y∈ [0,winy1]， z∈ [0,1]其中： winx、 winy分別為窗口的寬和高。 齊次坐標(biāo)： 齊次坐標(biāo)（ Homogeneous Coordinate）是比普通坐標(biāo)高一維的坐標(biāo)，與普通坐標(biāo)可以相互轉(zhuǎn)換：
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