2.3 光栅化阶段

文章内容源自《GPU编程与CG语言之阳春白雪下里巴人》，因笔者读书易中途放弃，遂每读一章节，将其移至简书平台，以此作为对自己读书的勉励。笔者用粗体、斜体 标注了关键词句，望感兴趣的读者们一起学习共勉。猛戳这里查看更多！

2.3 光栅化阶段

2.3.1 Rasterization

光栅化：决定哪些像素被集合图元覆盖的过程（Rasterization is the process of determining the set of pixels covered by a geometric primitive）。经过上面诸多坐标转换之后，现在我们得到了每个点的屏幕坐标值（Screen coordinate），也知道我 们需要绘制的图元（点、线、面）。但此时还存在两个问题。

问题一：点的屏幕坐标值是浮点数，但像素都是由整数点来表示的，如果确定屏幕坐标值所对应的像素？
问题二：在屏幕上需要绘制的有点、线、面，如何根据两个已经确定位置的 2 个像素点绘制一条线段，如果根据已经确定了位置的 3 个像素点绘制一个三角形面片？

首先回答一下问题一， “绘制的位置只能接近两指定端点间的实际线段位置， 例如，一条线段的位置是（10.48，20.51），转换为像素位置则是（10，21）”（计算机图形学（第二版）52 页）。

对于问题二涉及到具体的画线算法，以及区域图元填充算法。通常的画线算法有 DDA 算法、Bresenham 画线算法；区域图元填充算法有，扫描线多边形填充算法、边界填充算法 等，具体请参阅《计算机图形学（第二版）》第 3 章。

这个过程结束之后，顶点(vertex)以及绘制图元（线、面）已经对应到像素 (pixel)。下面阐述的是“如何处理像素，即：给像素赋予颜色值”。

2.3.2 Pixel Operation

Pixel operation 又称为 Raster Operation（在文献【2】中是使用 Raster Operation），是在更新帧缓存之前，执行后一系列针对每个片段的操作，其目的是：计算出每个像素的颜色值。在这个阶段，被遮挡面通过一个被称为深度测试的过程而消除，这其中包含了很多种计算颜色的方法以及技术。Pixel operation 包含哪些事情呢？

• 1：消除遮挡面

• 2：Texture operation，纹理操作，也就是根据像素的纹理坐标，查询对应的纹理值；

• 3：Blending
  混色，根据目前已经画好的颜色，与正在计算的颜色的透明度（Alpha）， 混合为两种颜色，作为新的颜色输出 。通常称之为 alpha 混合技术。 当在屏幕上绘制某个物体时，与每个像素都相关联的有一个 RGB 颜色值和一个 Z 缓冲器深度值，另外一个称为 alpha 值，可以根据需要生成并存储，用来描述给定像 处的物体透明度。如果 alpha 值为 1.0，则表示物体不透明；如果值为 0，表示 该物体是透明的， 从绘制管线得到一个 RGBA，使用 over 操作符将该值与原像素颜色值进行混合，公式如下：
  

  

  a是透明度值（alpha）， ca表示透明物体的颜色， cs表示混合前像素的颜色值， cd 是终计算得到的颜色值。Over 操作可以用于照片混合和物体合成绘制方面，这个过程称为合成（compositing）。可以联想一下，OGRE 中有一种技术称为 compositor（合成器）。

  此外还需要提醒的一点是：为了在场景中绘制透明物体，通常需要对物体进行排序 。首先，绘制不透明的物体；然后，在不透明物体的上方，对透明物体按照由后到前的顺序进行混合处理。如果按照任意顺序进行混合，那么会产生严重的失真。既然需要排序，那么就需要用到 z buffer。关于透明度、合成的相关知识点，可以在《实时计算机图形学（第二版）》第四章 4.5 节（59 页）中得到更多详尽的知识。

• 4：Filtering，将正在算的颜色经过某种 Filtering（滤波或者滤镜）后输出。 可以理解为：经过一种数学运算后变成新的颜色值。
  该阶段之后，像素的颜色值被写入帧缓存中。图 5来自文献【2】1.2.3，说明了像素操作的流程：
  

  图 5 OpenGL 和 Direct3D 中的 Raster Operations