3d图形渲染引擎的设计与实现

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1、电子科技大学硕士学位论文3D图形渲染引擎的设计与实现姓名：刘皓申请学位级别：硕士专业：计算机应用技术指导教师：张建中20070420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

2、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

3、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#talcityisoneofthefastdevelopingandbeingplay

4、edn加嘴attentiontechnologies．EspeciallythedigitalentertainmentindustryisdevelopingveryfastinChina．Butthekeytechnologygraphicengineisnearlyoccupiedbyforeigncompanies．Sotheresearchoftheengineisimportant．Graphicrenderingisthecoreofgraphicengine．Itisallimportantwhenevaluateagraphicengine

5、．Thisthesisestablishesallentiregraphicrenderingenginebasedonanalyzinggraphicengine’Sarchitectureandprocess．Thisenginemakestrianglesasthebasicunitstoprocess．Thisthesisalsobuildsamathenginewhichprovidesmanymathoperationssuchasvectors，matfixs，quatemions．Theresearchofthisthesisfirstlyb

6、asedondifferentstepsofpipeline．Secondly,thethesismostlydiscussestworenderingmodules：lightingandtexture,becausetheyareveryimportantingraphicsandkeytechniqueforsimulatingrealworld．Lastly,thethesisrealizesz-buffer,itCallinaccordancewiththecorrectsequencetomakepolygonrendering．Theengin

7、ewhichthisthesishasrealizedisarenderingenginetotallyrealizedbysoftware,inwhichallthespacetranslation,lighting,texturemappingandrasterlizationarerealizedthroughprogram．Thecharacteristicsandinnovationsofthedissertationareasfollows：1)Realizedacompleteandsimplerenderingengine,Thestuffw

8、ithoutthe1150ofanypartofth