159 lines
4.4 KiB
Markdown
159 lines
4.4 KiB
Markdown
# CPU Software Renderer
|
||
|
||
一个基于 C++ 和 SDL2 的小型 CPU 渲染器练习项目。当前版本聚焦在最基础的 2D 光栅化能力上，通过 CPU 维护帧缓冲区，再将像素数据上传到 SDL 纹理并显示到窗口中。
|
||
|
||
项目目标不是调用现成图形 API 去画三角形，而是从像素写入、直线绘制、三角形光栅化开始，逐步补齐一个软件渲染器所需的核心 pipeline。
|
||
|
||
## 项目定位
|
||
|
||
- 使用 CPU 完成像素级绘制和光栅化
|
||
- 使用 SDL2 负责窗口创建、纹理更新和屏幕展示
|
||
- 以最小可运行工程为基础，逐步扩展到 3D 渲染流程
|
||
|
||
## 当前状态
|
||
|
||
当前代码已经具备这些基础能力：
|
||
|
||
- 基于 `frameBuffer` 的软件像素输出
|
||
- `SetPixel` 像素写入
|
||
- Bresenham 直线绘制
|
||
- 三角形线框绘制
|
||
- 三角形包围盒扫描填充
|
||
- SDL2 窗口创建、纹理更新与显示
|
||
|
||
当前 `main.cpp` 中已经可以直接绘制一个填充三角形，用来验证基础光栅化逻辑。
|
||
|
||
## 技术选型
|
||
|
||
- 语言标准：C++20
|
||
- 工程类型：Visual Studio C++ 项目（`.vcxproj`）
|
||
- 渲染方式：CPU Software Rasterization
|
||
- 窗口与展示层：SDL2
|
||
- 开发环境：Windows + MSVC
|
||
|
||
选择 SDL2 的原因很直接：它只负责跨平台窗口和像素展示，足够轻量，不会替代掉软件渲染器本身的核心逻辑。
|
||
|
||
## 依赖
|
||
|
||
项目当前依赖很少：
|
||
|
||
- SDL2
|
||
|
||
仓库内已经包含 SDL2 相关文件：
|
||
|
||
- 头文件目录：`libs/SDL2/include`
|
||
- x64 库目录：`libs/SDL2/lib/x64`
|
||
- 运行时动态库：`libs/SDL2/SDL2.dll`
|
||
|
||
## 构建环境
|
||
|
||
当前工程配置以 Windows 本地开发为主，推荐环境：
|
||
|
||
- Visual Studio 2022
|
||
- MSVC 工具链
|
||
- Windows 10/11 SDK
|
||
|
||
项目文件中启用了：
|
||
|
||
- `stdcpp20`
|
||
- `PlatformToolset=v145`
|
||
|
||
## 构建方式
|
||
|
||
1. 使用 Visual Studio 打开 `CPU-Software-Renderer.vcxproj`
|
||
2. 选择 `Debug | x64`
|
||
3. 直接构建并运行
|
||
|
||
说明：
|
||
|
||
- 当前工程的 SDL2 include/lib 路径写在 `.vcxproj` 里
|
||
- 现有配置里 `Debug | x64` 已配置 SDL2 头文件和链接目录
|
||
- 如果你移动了仓库位置，可能需要同步调整工程中的绝对路径
|
||
|
||
## 当前工程结构
|
||
|
||
```text
|
||
CPU-Software-Renderer/
|
||
├─ main.cpp # 程序入口，SDL 初始化与显示循环
|
||
├─ Rasterization.h/.cpp # 帧缓冲、画线、三角形绘制
|
||
├─ StructType.h # 向量、三角形、颜色等基础结构
|
||
├─ Color.h/.cpp # 颜色相关封装
|
||
├─ libs/SDL2/ # SDL2 头文件、库和运行时文件
|
||
└─ TODO.md # 后续功能路线图
|
||
```
|
||
|
||
## 已实现模块
|
||
|
||
### 1. Frame Buffer
|
||
|
||
渲染结果先写入 CPU 侧的 `std::vector<uint32_t>` 帧缓冲区，再通过 `SDL_UpdateTexture` 更新到纹理。
|
||
|
||
### 2. Rasterizer
|
||
|
||
当前已经实现：
|
||
|
||
- `DrawLine`
|
||
- `DrawWireTriangle`
|
||
- `DrawFillTriangle`
|
||
|
||
其中直线绘制使用 Bresenham 思路，填充三角形使用包围盒扫描配合点在三角形内测试。
|
||
|
||
### 3. 基础数学类型
|
||
|
||
当前工程已经定义了：
|
||
|
||
- `Vector2Int`
|
||
- `Vector2`
|
||
- `Vector3Int`
|
||
- `Vector3`
|
||
- `Triangle`
|
||
- `Color`
|
||
|
||
这些结构会作为后续扩展 MVP 变换、深度测试、法线和属性插值的基础。
|
||
|
||
## 后续计划
|
||
|
||
1. 完成稳定的三角形光栅化基础
|
||
2. 加入 MVP 变换，实现 3D 顶点到屏幕空间的投影
|
||
3. 加入 Z-buffer，解决遮挡关系
|
||
4. 实现重心坐标属性插值
|
||
5. 实现 Blinn-Phong 光照
|
||
6. 支持 OBJ 模型加载
|
||
7. 实现相机控制
|
||
|
||
如果后续继续扩展，比较值得加入的方向还有：
|
||
|
||
- Texture Mapping
|
||
- MSAA 抗锯齿
|
||
- 更完整的数学库
|
||
- Shader 结构拆分
|
||
|
||
## 这个项目最终会变成什么
|
||
|
||
按当前路线推进后，这个项目会逐步具备一个小型软件渲染器的基本结构：
|
||
|
||
```text
|
||
Renderer
|
||
├─ Rasterizer
|
||
├─ Shader
|
||
├─ Camera
|
||
├─ Math
|
||
├─ OBJLoader
|
||
└─ ZBuffer
|
||
```
|
||
|
||
最终目标是实现一个不依赖 GPU 光栅化管线、但具备基本 3D 渲染能力的 CPU Renderer。
|
||
|
||
## 适合用来做什么
|
||
|
||
这个项目比较适合：
|
||
|
||
- 学习软件渲染器的基本实现方式
|
||
- 理解三角形光栅化、像素写入和屏幕空间坐标
|
||
- 作为后续学习图形学、渲染 pipeline、光照和模型加载的实验场
|
||
- 用于整理个人图形学项目经历
|
||
|
||
## 说明
|
||
|
||
当前项目仍在早期阶段，很多功能还处于逐步实现中。README 中的“后续计划”部分表示目标路线，不代表这些能力已经全部完成。
|