游戏开发-图形渲染与动画-计算机图形学（OpenGL_DirectX）_粒子系统与动画.docxVIP

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计算机图形学基础

1OpenGL与DirectX简介

1.1OpenGL

OpenGL（OpenGraphicsLibrary）是一个用于渲染2D、3D矢量图形的跨语言、跨平台的应用程序编程接口（API）。它使用图形管道（GraphicsPipeline）的概念，将图形渲染过程分为多个阶段，包括顶点处理、片段处理等。OpenGL的核心是其着色器语言，即GLSL（OpenGLShadingLanguage），允许开发者直接控制图形硬件，实现复杂的渲染效果。

1.1.1示例代码：OpenGL中的简单着色器

//顶点着色器

#version330core

layout(location=0)invec3aPos;

voidmain()

{

gl_Position=vec4(aPos.x,aPos.y,aPos.z,1.0);

}

//片段着色器

#version330core

outvec4FragColor;

voidmain()

{

FragColor=vec4(1.0f,0.5f,0.2f,1.0f);

}

这段代码定义了两个着色器：顶点着色器和片段着色器。顶点着色器接收顶点位置信息，并将其转换为屏幕坐标。片段着色器则负责为每个像素计算颜色。

1.2DirectX

DirectX是微软开发的一系列多媒体编程接口，其中Direct3D是用于3D图形渲染的部分。DirectX与OpenGL不同，它更倾向于特定平台（主要是Windows），并且提供了更高级别的抽象，使得开发者可以更专注于游戏逻辑和性能优化，而不是底层图形细节。

1.2.1示例代码：DirectX中的简单着色器

//顶点着色器

cbuffercbPerObject:register(b0)

{

float4x4worldViewProj;

};

structVS_INPUT

{

float3pos:POSITION;

};

structVS_OUTPUT

{

float4pos:SV_POSITION;

};

VS_OUTPUTVS(float3pos:POSITION)

{

VS_OUTPUToutput;

output.pos=mul(float4(pos,1.0f),worldViewProj);

returnoutput;

}

//片段着色器

float4PS(VS_OUTPUTinput):SV_Target

{

returnfloat4(1.0f,0.5f,0.2f,1.0f);

}

这段代码展示了DirectX中的顶点着色器和片段着色器。顶点着色器接收顶点位置，并使用世界视图投影矩阵将其转换为裁剪空间坐标。片段着色器则为每个像素计算颜色。

2渲染管线与着色器

计算机图形学中的渲染管线是一个处理3D模型并将其转换为2D图像的过程。这个过程包括多个阶段，如顶点处理、片段处理、纹理映射和光照计算等。着色器是渲染管线中的关键组件，它们在GPU上运行，可以实现高度定制化的渲染效果。

2.1示例代码：OpenGL中的纹理映射

//顶点着色器

#version330core

layout(location=0)invec3aPos;

layout(location=1)invec2aTexCoord;

outvec2TexCoord;

voidmain()

{

gl_Position=vec4(aPos,1.0);

TexCoord=aTexCoord;

}

//片段着色器

#version330core

invec2TexCoord;

outvec4FragColor;

uniformsampler2Dtexture1;

voidmain()

{

FragColor=texture(texture1,TexCoord);

}

这段代码展示了如何在OpenGL中使用纹理映射。顶点着色器接收顶点位置和纹理坐标，片段着色器则使用纹理坐标从纹理中采样颜色。

3纹理映射与光照模型

纹理映射是将图像贴到3D模型上的技术，可以增加模型的细节和真实感。光照模型则是计算模型表面颜色的过程，它考虑了光源的位置、颜色和强度，以及模型表面的材质属性。

3.1示例代码：OpenGL中的Phong光照模型

//片段着色器

#version330core

invec3FragPos;

invec3Normal;

outvec4