5.10 光栅化阶段

光栅化（rasterization）阶段的主要任务是为投影后的3D三角形计算像素颜色。

5.10.1 视口变换

在裁剪之后，硬件会自动执行透视除法，将顶点从齐次裁剪空间变换到规范化设备空间（NDC）。一旦顶点进入NDC空间，构成2D图像的2D x、y坐标就会被变换到后台缓冲区中的一个称为视口的矩形区域内（回顾4.2.8节）。在该变换之后，x、y坐标将以像素为单位。通常，视口变换不修改z坐标，因为z坐标还要由深度缓存使用，但是我们可以通过D3D11_VIEWPORT结构体的MinDepth和MaxDepth值修改z坐标的取值范围。MinDepth和MaxDepth的值必须在0和1之间。

5.10.2 背面消隐

一个三角形有两个面。我们使用如下约定来区分这两个面。假设三角形的顶点按照v₀、v₁、v₂的顺序排列，我们这样来计算三角形的法线n：

e₀ = v₁ - v₀

e₁ = v₂ – v₁

\({\bf{n}} = \frac{{{{\bf{e}}_0} \times {{\bf{e}}_1}}}{{\left\| {{{\bf{e}}_0} \times {{\bf{e}}_1}} \right\|}}\)

带有法线向量的面为正面，而另一个面为背面。图5.30说明了这一概念。

当观察者看到三角形的正面时，我们说三角形是朝前的；当观察者看到三角形的背面时， 我们说三角形是朝后的。如图5.30所示，左边的三角形是朝前的，而右边的三角形是朝后的。而且，按照我们的观察角度，左边的三角形会按顺时针方向环绕，而右边的三角形会按逆时针方向环绕。这不是巧合：因为按照我们选择的约定（即，我们计算三角形法线的方式），按顺时针方向环绕的三角形（相对于观察者）是朝前的，而按逆时针方向环绕的三角形（相对于观察者）是朝后的。

现在，3D空间中的大部分物体都是封闭实心物体。当我们按照这一方式将每个三角形的法线指向物体外侧时，摄像机就不会看到实心物体朝后的三角形，因为朝前的三角形挡住了朝后的三角形；图5.31和图5.32分别以2D和3D形式说明了一概念。由于朝前的三角形挡住了朝后的三角形，所以绘制它们是毫无意义的。背面消隐（backface culling）是指让管线放弃对朝后的三角形的处理。这可以将所要处理的三角形的数量降低到原数量的一半。

默认情况下，Direct3D将（相对于观察者）顺时针方向环绕的三角形视为朝前的三角形，将（相对于观察者）逆时针方向环绕的三角形视为朝后的三角形。不过，这一约定可以通过修改Direct3D渲染状态颠倒过来。

5.10.3 顶点属性插值

如前所述，我们通过指定三角形的3个顶点来定义一个三角形。除位置外，顶点还可以包含其他属性，比如颜色、法线向量和纹理坐标。在视口变换之后，这些属性必须为三角形表面上的每个像素进行插值。顶点深度值也必须进行插值，以使每个像素都有一个可用于深度缓存算法的深度值。对屏幕空间中的顶点属性进行插值，其实就是对3D空间中的三角形表面进行线性插值（如图5.33所示）；这一工作需要借助所谓的透视矫正插值（perspective correct interpolation）来实现。本质上，三角形表面内部的像素颜色都是通过顶点插值得到的。

我们不必关心透视精确插值的数学细节，因为硬件会自动完成这一工作；不过，有兴趣的读者可以在[Eberly01]中查阅相关的数学推导过程。图5.34介绍了一点基本思路：

发布时间：2014/7/29 下午8:34:10  阅读次数：5799