2. Стадия рендеринга
Рендеринг - это процесс преобразования объекта или сцены, созданных в приложении трехмерной графики, для вывода на экран монитора, который представляет собой двухмерную плоскость. На стадии рендеринга по описанию треугольников генерируются пиксели изображения. В отличие от механизма геометрических преобразований в процессе рендеринга объем операций с плавающей точкой не столь велик и в основном состоит из простых операций над пикселями.
Этапы стадии рендеринга.
Первый этап: сортировка по Z-буферу и смешение текстур.
Z-буфер используется для хранения информации о положении объектов по глубине сцены относительно других объектов. Трехмерная сцена составлена из множества объектов со взаимным расположением по глубине в зависимости от точки визирования. Объекты и сцены можно вращать и наблюдать с разных позиций, в том числе спереди, сбоку, сзади, сверху и снизу. Позиция объекта меняется в зависимости от положения и направленности наблюдателя. Например, при виде спереди объект может быть видим полностью, а с положения сзади - заслоняться другим объектом. Z-буфер предназначен для хранения информации, необходимой для правильного отражения по глубине видимых объектов в зависимости от положения и направленности наблюдателя в сцене.
Другим процессом, выполняемым на первом этапе рендеринга, является обработка альфа-буфера и смешение текстур. Эта процедура заключается в смешении двух пикселей в сцене для получения одного составляющего пикселя. Коэффициент альфа-канала определяет вклад каждого пикселя при формировании составляющего. Значения коэффициентов альфа-составляющей могут быть попиксельно записаны в область памяти, называемую альфа-буфером. Примером использования смешения текстур является сцена, изображающая голубое небо с просвечивающими белыми облаками или сцена со стеклянными объектами. Смешение позволяет объекту, находящемуся за стеклянным, проступать сквозь него за счет смешения значений двух пикселей - объекта и стекла - в единый пиксель.
Второй этап на стадии рендеринга состоит в наложении текстурной карты на объект. Текстура представляет собой плоскую картину, которая оборачивается вокруг трехмерного объекта. Текстура прикладывается к проволочной модели объекта для обеспечения реалистичной поверхности или покрытия объекта. Например, здание можно сконструировать из обычных треугольников, покрытых текстурной картой из кирпичей с проложенным между ними раствором.
Анимация движения текстур
Третий этап стадии рендеринга состоит в закраске треугольников. Для выполнения этой задачи используются три модели: плоское закрашивание(по Ламберту) и закрашивание по Гуро и по Фонгу. Модель с плоским закрашиванием заключается в равномерном однородном закрашивании каждого треугольника одним цветом (обычная заливка). В результате объект предстает как множество плоских граней.
В процедурах закрашивания по Гуро и по Фонгу цвет интерполируется относительно границ треугольника, что приводит к более реалистичной и непрерывной закраске объекта. Закрашивание по Фонгу дает более реалистичный результат, чем закрашивание по Гуро, но требует более интенсивных вычислений
На заключительном этапе рендеринга примененяется алгоритм сглаживания (антиалайзинг) для устранения эффекта дискретизации, ступенчатости изображения на границе объектов. Поскольку пиксели выровнены по сетке (что характерно для обычных дисплеев), точное представление объекта, имеющего наклонные линии, представляется непростой задачей. Дискретизация приводит к появлению на прямых линиях эффекта ступенчатости или зазубренности. Алгоритм сглаживания снижает остроту проявления подобного эффекта.
В трехмерной графике применяется множество других процедур и эффектов, включая атмосферные явления (например, туман), отражение, динамические текстуры (включая стандартное видео), деформацию объектов, затенение объектов и рельефные текстуры.