games101，作业3_随笔

games101，作业3 1.配置环境

使用c++17及以上版本，因为optional这个类是c++17才推出来的新类。
改变main.cpp中

std::string obj_path = "./models/spot/";
bool loadout = Loader.LoadFile("./models/spot/spot_triangulated_good.obj");

路径为自己的相对路径。

将前面代码中的get_projection_matrix函数拷贝过来。

2.任务1 TODO: From your HW3, get the triangle rasterization code.

将前一个作业的代码复制粘贴过来。

伪代码：

确定boundingbox的l，r，t，b；
for(int x=l;x 
注意 
不使用反走样技术
在作业3的框架中，有函数static bool insideTriangle(int x, int y, const Vector4f* _v)，替代了自己在作业2中写的函数，这里注意要改写。insideTriangle(x+0.5f, y+0.5f, t.v)。 
TODO: Inside your rasterization loop: 
v[i].w() is the vertex view space depth value z.。
v[i].w()是顶点视图空间深度值z。
Z is interpolated view space depth for the current pixel。
Z为当前像素插值视图空间深度 。
zp is depth between zNear and zFar, used for z-buffer。
zp在zNear和zFar之间的深度,用于z缓冲区 。 
计算alpha，beta，gamma 
相关细节参照我的另一篇blog 
c++17以上版本支持 
auto [alpha, beta, gamma] = computeBarycentric2D(x+0.5f, y+0.5f, t.v); 
c++11以上版本 
auto p = computeBarycentric2D(x, y, t.v);
float alpha = std::get<0>(p);
float beta = std::get<1>(p);
float gamma = std::get<2>(p);
 
计算深度zp 
使用教程自带代码计算。 
float Z = 1.0 / (alpha / v[0].w() + beta / v[1].w() + gamma / v[2].w());
float zp = alpha * v[0].z() / v[0].w() + beta * v[1].z() / v[1].w() + gamma * v[2].z() / v[2].w();
zp *= Z;
 
TODO: Interpolate the attributes: 
线性插值属性
 线性插值：
      
       
        
         
          插
         
         
          值
         
         
          =
         
         
          α
         
         
          A
         
         
          +
         
         
          β
         
         
          B
         
         
          +
         
         
          γ
         
         
          C
         
        
        
         插值 =alpha A+beta B+ gamma C
        
       
      插值=αA+βB+γC 
auto interpolated_color 颜色
auto interpolated_normal 法线
auto interpolated_texcoords 纹理坐标
auto interpolated_shadingcoords 屏幕坐标 
线性插值函数 
在rasterize类中有如下函数，是框架自带的函数，我们在线性插值时看直接使用。
 注意：参数的最后有个float weight，会对线性插值出来的值除以这个数，这里我们传入1.0f 
static Eigen::Vector3f interpolate(float alpha, float beta, float gamma, const Eigen::Vector3f& vert1, 
								const Eigen::Vector3f& vert2, const Eigen::Vector3f& vert3, float weight)
{
    return (alpha * vert1 + beta * vert2 + gamma * vert3) / weight;
}

static Eigen::Vector2f interpolate(float alpha, float beta, float gamma, const Eigen::Vector2f& vert1, 
								const Eigen::Vector2f& vert2, const Eigen::Vector2f& vert3, float weight)
{
    auto u = (alpha * vert1[0] + beta * vert2[0] + gamma * vert3[0]);
    auto v = (alpha * vert1[1] + beta * vert2[1] + gamma * vert3[1]);

    u /= weight;
    v /= weight;

    return Eigen::Vector2f(u, v);
}
 
插值代码 
//颜色
auto interpolated_color = interpolate(alpha, beta, gamma, t.color[0], t.color[1], t.color[2], 1);
//法线
auto interpolated_normal = interpolate(alpha, beta, gamma, t.normal[0], t.normal[1], t.normal[2], 1).normalized();
//纹理坐标
auto interpolated_texcoords = interpolate(alpha, beta, gamma, t.tex_coords[0], t.tex_coords[1], t.tex_coords[2], 1);
//屏幕坐标
auto interpolated_shadingcoords = interpolate(alpha, beta, gamma, view_pos[0], view_pos[1], view_pos[2], 1);
 
注意，我们在计算法线时使用了.normalized()，将法线标准化，这里也可以不添加，只要在下面传入法线参数时标准化即可。 
将计算好的参数传入片元着色器 
fragment_shader_payload payload( interpolated_color, interpolated_normal.normalized(), interpolated_texcoords, texture ? &*texture : nullptr);
payload.view_pos = interpolated_shadingcoords; 
Instead of passing the triangle’s color directly to the frame buffer, pass the color to the shaders first to get the final color; 
不使用直接传入三角形颜色到屏幕缓存，而是使用将颜色传入shader，再通过shader得到最终的颜色。 
auto pixel_color = fragment_shader(payload);
 
设置屏幕像素颜色 
在作业二中，我们使用了set_pixel(Eigen::Vector3f(x, y, z_interpolated), t.getColor());，那我们把t.getColor()变为pixel_color是不是就行了？？？ 
程序报错 

 我一开始以为时Eigen库的版本出了问题，或是Eigen库不支持c++17以上版本！！！！
 后来才知道，并不是！！！！！ 
第一个问题，你将不同大小的矩阵混合。
第二个问题，你将不同的数字类型混合，你需要使用强制转换来明确数据类型。 
找到问题在最后一行set_pixel(Eigen::Vector3f(x, y, zp), pixel_color);这个函数花了我不知多少时间。。。。。
 毕竟这里没有告诉你问题在整个框架的哪一处。 
我们看一下出问题的这个函数： 
void rst::rasterizer::set_pixel(const Vector2i &point, const Eigen::Vector3f &color)
{
    //old index: auto ind = point.y() + point.x() * width;
    int ind = (height-point.y())*width + point.x();
    frame_buf[ind] = color;
}
 
这里传入两个参数，第一个参数传入Vector2i，这与作业2中的set_pixel不同
 作业2中有： 
void rst::rasterizer::set_pixel(const Eigen::Vector3f& point, const Eigen::Vector3f& color)
{
    //old index: auto ind = point.y() + point.x() * width;
    auto ind = get_index(point.x(), point.y());
    frame_buf[ind] = color;
}
 
这里第一个参数是Eigen::Vector3f。 
Vector3
     
      
       
        
         →
        
       
       
        rightarrow
       
      
     →Vector2 是第一个问题
Vectorf 
     
      
       
        
         →
        
       
       
        rightarrow
       
      
     → Vectori 是第二个问题
 因此这里需要改变set_pixel函数的使用： 
set_pixel(Eigen::Vector2i(x, y), pixel_color);
 
程序运行 
在VS2019
    
     
      
       
        →
       
      
      
       rightarrow
      
     
    →项目属性配置
    
     
      
       
        →
       
      
      
       rightarrow
      
     
    →调试
    
     
      
       
        →
       
      
      
       rightarrow
      
     
    →命令参数 中输入 output.png normal
 注意配置环境是Dubug还是Release。
 然后运行。
  
在项目文件下出现output.png文件，打开后如下。
 
 至此，任务1完成。 
任务3 
任务3涉及的blinn-phong模型实现 与 OpenGL中fragmentShader（片元着色器）中对片元的 *** 作方式相同，这里就不赘述。 
补充：ka.cwiseProduct(amb_light_intensity);中cwiseProduct表示对Matrix直接进行点对点乘法。
 例如：
 
     
      
       
        
         
          [
         
         
          
           
            
             
              1
             
            
           
           
            
             
              3
             
            
           
          
          
           
            
             
              5
             
            
           
           
            
             
              9
             
            
           
          
         
         
          ]
         
        
        
         ∗
        
        
         
          [
         
         
          
           
            
             
              1
             
            
           
           
            
             
              2
             
            
           
          
          
           
            
             
              3
             
            
           
           
            
             
              4
             
            
           
          
         
         
          ]
         
        
        
         =
        
        
         
          [
         
         
          
           
            
             
              1
             
            
           
           
            
             
              6
             
            
           
          
          
           
            
             
              15
             
            
           
           
            
             
              36
             
            
           
          
         
         
          ]
         
        
       
       
        begin{bmatrix}1 & 3 \ 5 & 9\ end{bmatrix}*begin{bmatrix}1 & 2 \ 3 & 4\ end{bmatrix}=begin{bmatrix}1 & 6 \ 15 & 36\ end{bmatrix}
       
      
     [1539]∗[1324]=[115636] 
 
任务4 
texture的实现只需要将纹理坐标对应的颜色传给return_color.
 fragment_shader_payload payload存储了 
Eigen::Vector3f view_pos;//摄像机位置
Eigen::Vector3f color;//片元颜色
Eigen::Vector3f normal;//法线
Eigen::Vector2f tex_coords;//纹理坐标
Texture* texture;//纹理
 
其中Texture* texture有
 参数 
int width, height;
 
保存图片的长宽。 
函数 
Eigen::Vector3f getColor(float u, float v)
{
    auto u_img = u * width;
    auto v_img = (1 - v) * height;
    auto color = image_data.at(v_img, u_img);
    return Eigen::Vector3f(color[0], color[1], color[2]);
}
 
返回图片u，v点的颜色。
 补充：这里的纹理坐标会出现负值，所以对它进行了限定。 
Eigen::Vector3f getColor(float u, float v)
    {
    	// 坐标限定
		if (u < 0) u = 0;
		if (u > 1) u = 1;
		if (v < 0) v = 0;
		if (v > 1) v = 1;
        auto u_img = u * width;
        auto v_img = (1 - v) * height;
        auto color = image_data.at(v_img, u_img);
        return Eigen::Vector3f(color[0], color[1], color[2]);
    }
原文链接：https://blog.csdn.net/qq_36242312/article/details/105888669
 
所以使用如下代码实现将纹理坐标对应的颜色传给return_color. 
return_color = payload.texture->getColor(payload.tex_coords.x(), payload.tex_coords.y());
 
再使用phong光照模型渲染。 
但还是会有如下报错，问题出在哪里不得知。
 
 但这不影响最终图片的生成。
 					
										


					
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games101，作业3

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