3.10[A]cv

核心模块：

rasterizer：光栅化器，负责三角形遍历和像素绘制
Shader：包含顶点着色器和多种片元着色器
Texture：纹理处理模块

顶点着色器的计算量一般远小于片元着色器。因为组成三角形的顶点相对有限，而片元需要基于顶点组成的三角形进行插值。

比如，一个100 * 100大小的矩形平面，有四个顶点，计算四次，但是片元着色器需要计算10000次。

也比较简单，模型自带了法线。注意，法线取值范围[-1, 1]，需要映射到[0,1]，再转换到[0, 255]

网格数据遍历与三角形构建

外层循环for(auto mesh:Loader.LoadedMeshes)遍历模型的所有网格（Mesh），每个网格代表一个独立几何体（如物体的一个部件）

内层循环for(int i=0; ... i+=3)以步长3遍历顶点，将每三个顶点组成一个三角形面片（每个三角形由3个顶点构成）

该代码段是3D模型加载的核心逻辑，它将.obj模型文件中存储的顶点、法线、纹理坐标等原始数据转换为渲染管线可处理的三角形对象集合。这些数据为后续的MVP矩阵变换、光照计算（依赖法线）、纹理贴图（依赖纹理坐标）提供了输入基础

**newtri**

这是经过MVP矩阵变换（Model-View-Projection）和视口变换后的三角形对象，其顶点坐标已处于屏幕空间。
包含以下处理后的属性：
- 顶点坐标：通过MVP矩阵变换和齐次除法后，再经过视口变换映射到屏幕坐标系

法线向量：通过逆变换矩阵将模型空间法线转换到视图空间，用于后续光照计算

*viewspace_pos**

表示三角形顶点在视图空间（观察空间） 中的坐标，即经过 view * model 变换后的位置。
用于光照计算中的视线方向计算（如Phong着色中的镜面反射分量）

光照模拟机制
通过修改模型表面的法线方向，改变光线反射角度，使平面在渲染时呈现凹凸、划痕等细节效果。例如：

当光线照射到法线贴图标记的“凹陷”区域时，法线方向改变导致阴影和高光位置变化，从而欺骗人眼感知

双线性插值作用于片段着色器阶段的纹理采样过程。当纹理坐标(u,v)为浮点数时（非整数像素中心坐标），需通过插值计算颜色值

光照函数

每个函数的实现步骤大致如下：

phong_fragment_shader：遍历光源，计算环境、漫反射、高光，累加结果。
texture_fragment_shader：采样纹理颜色作为kd，其余同phong。
bump_fragment_shader：计算TBN矩阵，扰动法线，更新法线后计算光照。
displacement_fragment_shader：调整顶点位置，更新法线，再计算光照。

Blinn-Phong模型由环境光、漫反射和高光组成，其中高光部分使用半程向量（halfway vector）来计算。环境光是简单的常数乘以光强，漫反射是法线方向与光线方向的点积，而高光则是半程向量与法线的点积的幂次方。我需要遍历所有光源，计算每个光源的这三个分量，并累加到结果颜色中。要注意归一化各个向量，例如光线方向、视线方向和半程向量。

texture_fragment_shader，需要在Blinn-Phong的基础上将纹理颜色作为漫反射系数kd。

实现

void rst::rasterizer::rasterize_triangle(const Triangle& t, const std::array<Eigen::Vector3f, 3>& view_pos) 
{// 获取三角形顶点坐标（屏幕空间）auto v = t.toVector4();// 计算包围盒边界（网页1、网页4）float min_x = std::min(v[0].x(), std::min(v[1].x(), v[2].x()));float max_x = std::max(v[0].x(), std::max(v[1].x(), v[2].x()));float min_y = std::min(v[0].y(), std::min(v[1].y(), v[2].y()));float max_y = std::max(v[0].y(), std::max(v[1].y(), v[2].y()));// 转换为整数像素范围（网页4）int x_min = std::floor(min_x);int x_max = std::ceil(max_x);int y_min = std::floor(min_y);int y_max = std::ceil(max_y);// 遍历包围盒内所有像素（网页4）for (int x = x_min; x <= x_max; ++x) {for (int y = y_min; y <= y_max; ++y) {// 检查像素中心是否在三角形内（网页3）if (insideTriangle(x + 0.5, y + 0.5, t.v)) {// 计算重心坐标（网页1）auto [alpha, beta, gamma] = computeBarycentric2D(x + 0.5, y + 0.5, t.v);// 深度插值计算（网页1、网页4）float Z = 1.0 / (alpha / v[0].w() + beta / v[1].w() + gamma / v[2].w());float zp = alpha * v[0].z()/v[0].w() + beta * v[1].z()/v[1].w() + gamma * v[2].z()/v[2].w();zp *= Z;// 深度测试（网页4）if (zp < depth_buf[get_index(x, y)]) {// 更新深度缓冲区depth_buf[get_index(x, y)] = zp;// 属性插值（网页1、网页2）auto interpolated_color = interpolate(alpha, beta, gamma, t.color[0], t.color[1], t.color[2], 1.0f);auto interpolated_normal = interpolate(alpha, beta, gamma,t.normal[0], t.normal[1], t.normal[2], 1.0f).normalized();auto interpolated_texcoords = interpolate(alpha, beta, gamma,t.tex_coords[0], t.tex_coords[1], t.tex_coords[2], 1.0f);auto interpolated_shadingcoords = interpolate(alpha, beta, gamma,view_pos[0], view_pos[1], view_pos[2], 1.0f);// 构造着色器输入（网页1）fragment_shader_payload payload(interpolated_color,interpolated_normal,interpolated_texcoords,texture ? &*texture : nullptr);payload.view_pos = interpolated_shadingcoords;// 调用片段着色器（网页2）Eigen::Vector3f pixel_color = fragment_shader(payload);// 写入像素颜色（网页4）set_pixel(Eigen::Vector2i(x, y), pixel_color);}}}}
}

图形渲染管线

处理逻辑

在shader当中，是在shader.hpp中定义了片着色器的payload，然后在渲染的时候，是把插值后的属性传递给Payload,再把payload传递给一开始定义的r.set_fragment_shader(active_shader);

    for(auto mesh:Loader.LoadedMeshes){for(int i=0;i<mesh.Vertices.size();i+=3){Triangle* t = new Triangle();for(int j=0;j<3;j++){t->setVertex(j,Vector4f(mesh.Vertices[i+j].Position.X,mesh.Vertices[i+j].Position.Y,mesh.Vertices[i+j].Position.Z,1.0));t->setNormal(j,Vector3f(mesh.Vertices[i+j].Normal.X,mesh.Vertices[i+j].Normal.Y,mesh.Vertices[i+j].Normal.Z));t->setTexCoord(j,Vector2f(mesh.Vertices[i+j].TextureCoordinate.X, mesh.Vertices[i+j].TextureCoordinate.Y));}TriangleList.push_back(t);}}

是在一开始读取模型的时候，就按照网面设置好了三角形，并把三角形装进TriangleList中了，然后在最后绘制的时候，就是去绘制这个三角形