萌新资源 | 3D基础——渲染基本原理介绍

D小游

游戏最吸引人的地方，莫过于它为玩家构建了一个全新的世界。——但有没有人想过，这些丰富饱满的世界是怎样建构起来的呢？又是经过怎样的加工最终呈现在玩家的面前呢？

MG大赛加油包还不够满足大家？

今日份的萌新资源，你不容错过！

就让我们来探索一下3D世界的秘密，

深入到游戏引擎的层面，

从数学原理到实际的画面呈现，

3D入门课，就决定是你啦！

讲师介绍

郑毅 技术中心  软件设计专家

一. 3D开发与游戏引擎的基本概念

3D游戏相信大家都玩过，那一个很重要的问题就来了，游戏引擎是怎样在3D游戏的开发中发挥作用呢？其实，游戏引擎包括了很多个方面，它就像是一个工具包，包括一个核心，以及由核心延展出来的众多工具。

越成熟的引擎提供的工具越是丰富，这可是大家以后制作游戏必不可少的“好朋友”呀~有意向参与游戏研发的同学可要认真听啦。

客户端游戏引擎功能众多，包含渲染、模型动画、粒子效果、网络环境模拟、植被系统、交互系统等。通俗来说，在游戏开发过程中，将各类功能模块拼凑一起，便组合成了游戏引擎。而游戏渲染则是3D游戏开发中非常重要的一环，虽然渲染可能只占到总代码的30%，但是它能给用户和玩家带来最直观的体验。这是一个颜值当道的时代，一款游戏的卖相往往能迅速吸引到玩家的注意。

3D渲染另一个重要之处，也是开发者容易忽视的地方——大多数开发者认为其他模块与渲染不相关，例如碰撞、物理、声音模块。但这些模块在制作过程中是与真实环境密切联系的，这就需要开发者对于所生活的三维世界有深刻的理解。运用渲染技术来创建丰富的三维模型，从而构筑出虚拟的三维游戏世界。

有一句话说得好，“在进行游戏3D开发赋能的过程中，可以不会3D代码，但是必须掌握3D渲染的基本原理。”

二.关于3D成像的基本原理

3D游戏需要给玩家身临其境的感受，而人在感知世界的过程中，最敏感的感官先是眼睛，之后是耳朵，最后是感知触觉的双手。因此双眼的成像是玩家最直观的感受。3D游戏的成像与人眼的成像原理相似：将人眼看作是一架摄像机在三维空间里移动，模拟人的移动方式，把在不同空间中的画面投影在屏幕上。就如影像投在视网膜被神经感知一般。这一个过程被计算机反复模拟。

游戏的渲染，其实就是在计算机里模拟人眼成像的过程。首先模拟出三维空间，对虚拟的游戏空间进行模型建立。之后用摄像机来模拟人的眼睛，游戏进行的过程中会根据玩家的行为（如战斗、奔跑、飞行等）移动摄像机的位置，模拟玩家在场景可能发生的所有行为，并记录行为之下所看到的图像，最终呈现在屏幕上。

简单来说，就是一个 Model Space→World Space→Camera Space→Clip Space的过程。现在让我们跟着视频，具体了解下这个变换的过程。

三. 3D成像的渲染过程

对于一个游戏而言，渲染部分主要是显卡而非CPU的任务，因为显卡更适合进行这个任务；渲染是一个运算量非常大，但是并行性很好的一个任务，因此会有专门的显卡并行处理这些任务。

我们刚刚讲了3D成像的基本原理，这些原理在显卡架构下实际要如何应用呢？这就不得不提到“渲染管线”的概念了。渲染管线较为复杂，最开始是元素组装。元素组装将游戏元素数据化，提供给显卡处理。另外，游戏3D世界是由无数三角形构建成的，游戏中的模型坐标即为三角形模型坐标系的顶点坐标，之后参与处理的vertex shader便可以将这些坐标进行灵活转化。渲染管线还涉及到很多单元，同学可以从视频中了解到。

简单来说，这就是显卡工作的流水线，刻画出了渲染的整个流程。

讲师金句：

“掌握了今天这些基本的概念和原理，无论是调用引擎接口、实现引擎功能，还是查找游戏的BUG，思路都能变得清晰许多。

只要基本原理在脑海中，那么定位一些问题什么的，都会方便很多。”

via：网易游戏学院