图形学:从点到硬件
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图形学:从点到硬件

探索数字世界的结构。3D空间由什么组成,以及我们如何在显示器上看到它。

原始点云(Point Clouds)

3D最基本的构建块。它们是具有X、Y、Z坐标的孤立点,没有任何表面。这就是LIDAR传感器(如iPhone或自动驾驶汽车中的传感器)在3D扫描现实时看到世界的方式。

矢量多边形

当我们用线连接点时,就会在3D空间中形成三角形。它们形成物体的空心"外壳"(表面)。它们非常适合游戏中的流畅运动和精细模型,因为内部是空的。

体积体素(3D像素)

多边形形成空心外壳,而体素则填充整个空间。它们是实心的3D立方体(如Minecraft或医学中的CT扫描)。

着色器和光照(GPU魔法)

我们有了形状,但表面看起来如何?着色器是显卡(GPU)的迷你程序,用于计算光线反射、阴影和材质属性(是金属、塑料还是镜子)。没有它们,一切都只是平面颜色。

金属效果(Metalness): 50%
表面粗糙度(Roughness): 50%

光栅像素

在光栅化过程中(或使用光线追踪时),3D世界被压平并"拍摄"到彩色方形点(像素)的2D网格上,以便在显示器上显示。

硬件子像素(RGB)

物理显示器上的每个像素由3个更小的二极管(红、绿、蓝)组成。改变它们的亮度并混合光线以创建任何颜色。

255
255
0
最终颜色(眼睛看到的):

时间和运动(帧率)

到目前为止我们展示的所有内容(点、多边形、着色器和像素)只形成一个静态帧。要创建流畅的运动,计算机必须擦除所有内容并从另一个角度完全重新计算。理想情况下每秒60次!这称为FPS(每秒帧数)。

渲染速度(FPS): 60

标准流畅度(PC游戏)