3d图形渲染引擎设计和实现

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1、摘要三维图形技术是近年来得到众多关注和发展较快的技术之一，在虚拟现实、实时仿真、数字城市等领域有着广泛的应用。尤其数字娱乐产业在我国发展迅速，然而其中的核心技术三维图形引擎大部分被国外所占领，因此对它的研究变得十分有意义。图形渲染是三维图形引擎的重要组成部分，是评价三维引擎的一个重要标志。本文在分析和研究三维图形引擎的结构和工作流程的基础上，自己建立了一个完整的三维渲染引擎，它以三角形为建模和处理的基本几何图元。另外本文在建立三维渲染引擎的同时还建立了一个支持三维引擎运行的数学库，该数学库主要提供了向量、矩阵和四元数的运算。本文的研究

2、首先以三维图形引擎的流水线为主线，分析了3D流水线的各个步骤，接下来重点讨论了两个重要的渲染部分：光照着色和纹理映射。它们在三维渲染方面非常重要，是模拟真实世界的关键技术。最后引擎加入了对Z缓存的支持，使得多边形能够按照正确的顺序绘制。本文所实现的渲染引擎是采用软件渲染的方式，所有的空间变换、光照、纹理映射以及光栅化都用程序代码实现。本论文的特色和创新之处包括：1)实现了一个完整而简单渲染引擎，3D代码部分不使用任何的图形支持库，可以方便的在各种不同的平台下移植，仅在输入控制时调用了DircctX的A_PI。2)提供3D运算需要的一套

3、数学函数，整套函数在实现过程中在算法上进行了一定的优化。3)该引擎提供从文件读取3D模型信息的功能。本论文最后，作者对后续工作的内容，包括I／z缓存、Mipmapping、阴影等技术作出了探讨。关键词：三维图形引擎，渲染，光照，纹理，Z缓存3DGraphictechnologywhichiswidelyusedinvirtualreality，real-timeemulationanddi#talcityisoneofthefastdevelopingandbeingplayedn加嘴attentiontechnologies．Esp

4、eciallythedigitalentertainmentindustryisdevelopingveryfastinChina．Butthekeytechnologygraphicengineisnearlyoccupiedbyforeigncompanies．Sotheresearchoftheengineisimportant．Graphicrenderingisthecoreofgraphicengine．Itisallimportantwhenevaluateagraphicengine．Thisthesisestabli

5、shesallentiregraphicrenderingenginebasedonanalyzinggraphicengine’Sarchitectureandprocess．Thisenginemakestrianglesasthebasicunitstoprocess．Thisthesisalsobuildsamathenginewhichprovidesmanymathoperationssuchasvectors，matfixs，quatemions．Theresearchofthisthesisfirstlybasedon

6、differentstepsofpipeline．Secondly,thethesismostlydiscussestworenderingmodules：lightingandtexture,becausetheyareveryimportantingraphicsandkeytechniqueforsimulatingrealworld．Lastly,thethesisrealizesz-buffer,itCallinaccordancewiththecorrectsequencetomakepolygonrendering．Th

7、eenginewhichthisthesishasrealizedisarenderingenginetotallyrealizedbysoftware,inwhichallthespacetranslation,lighting,texturemappingandrasterlizationarerealizedthroughprogram．Thecharacteristicsandinnovationsofthedissertationareasfollows：1)Realizedacompleteandsimplerenderi

8、ngengine,Thestuffwithoutthe1150ofanypartofthegraphicAPI．Itcanbeportedinvarietyofplatforms·ItonlyUSesomeDirectX