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# Recap of CG Basics

# Graphics（Hardware） Pipeline

下图为渲染管线的渲染流程：

【Input】输入的数据是一堆「模型上」的「顶点」。
【Vertex Processing】经过一系列顶点的处理 ——MVP（Model、View、Projection），得到「屏幕上」的「顶点」
- Model Transformation：模型上的顶点 -> 世界坐标上的顶点。
- View Transformation：世界坐标 -> 摄像机坐标。可以理解为把摄像机作为原点，摄像机的观察方向作为 -z 方向，对空间坐标内的全部物体进行平移和旋转。平移和旋转的值就是从摄像机移动和旋转到原点 -z 方向的取反。
- Projection：投影分为「正交投影」和「透视投影」。变换矩阵推导见：[Game101 的 Transformation Cont](https://hakuya.me/learning/games/Game101 / 三、Transformation Cont/)
  - 透视投影：近大远小。
  - 正交投影：远近大小相同。
【Triangle Processing】输入顶点连线，组成一个个的三角形。
【Rasterization】得到三角形覆盖的屏幕上的像素点（计算深度值 z-buffer，抗拒锯齿处理等...）。
【Fragment Processing】计算每个像素点对应的颜色。（Blinn-Phong 模型）光照计算公式推导见：Game101 的 Shading 部分
- 高光（Specular）+ 漫反射（Diffuse）+ 环境光（Ambient）
【Framebuffer Operations】经过其他的处理（拼接，组装）最终输出成图片。

pipeline

OpenGL 是一个在 CPU 端调度 GPU 的 APIs。

Vertex Buffer Object（VBO）：GPU 中的一块区域，用于存储模型的一些数据，例如：
- Model specification：用于描述模型的数据（顶点、顶点间的连线、法线，贴图，纹理坐标等....）
- Model transformation：模型的摆放位置。
- Model texture coords：模型的纹理坐标。
- Model normals：模型的法线。
OpenGL functions：提供了各种矩阵的推导结果，例如 MVP。
Set up an easel：设置一个画架，其本质是定义一个观察视角（View transformation），或者说定义摄像机位置和朝向。
Attach a canvas to the easel：给画架一块画布（framebuffer），用于存放绘制结果。
Paint to the canvas：绘制图像，通过「顶点着色器」和「像素着色器」。
- 在「顶点着色器」中对每个顶点的操作进行定义：
  - MVP 映射，各种插值结果
- OpenGL 负责把顶点处理成像素（OpenGL 自己的光栅化）
- 在「像素着色器」中对每个像素的操作进行定义：
  - 计算像素的颜色和光线
  - OpenGL 自己根据 z-buffer 进行覆盖。

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光线追踪渲染方程推导见：[Game101——Ray Tracing](https://hakuya.me/learning/games/Game101 / 十六、Ray Tracing——Basic radiometry/)

实时渲染下的光线追踪方程：把「物体自身发出的光」+「照射到物体的间接光」计算转化为计算「所有光源能否经过反射或折射照射到物体」

visibility：用于描述物体是否能够看见四面八方的光源所引入的一个值。
- 通过 visibility 的判定来实现光线追踪（有限的反射或者折射次数下，能否照射到物体）

针对每个像素点，可以计算出所有光源的光线照射到该点的强度，并记录在贴图上缓存起来。

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