Raster hóa và Đường ống đồ họa

Raster hóa chuyển đổi các hình học nguyên thủy như hình tam giác thành các pixel mà chúng bao phủ trên màn hình, và tạo thành bước trung tâm của đường ống đồ họa biến đổi các cảnh 3D thành hình ảnh 2D.

Definition

Raster hóa là quá trình xác định các pixel mà một hình học nguyên thủy được chiếu bao phủ và nội suy các đại lượng trên mỗi đỉnh như chiều sâu, màu sắc và tọa độ vân bề mặt trên các pixel đó.

Scope

Chủ đề này bao gồm các giai đoạn của đường ống kết xuất tiêu chuẩn - biến đổi đỉnh, cắt xén, chiếu, lắp ráp nguyên thủy, chuyển đổi quét và xử lý mảnh - cùng với bộ đệm chiều sâu để hiển thị, nội suy chính xác theo phối cảnh các thuộc tính đỉnh và khử răng cưa của các mẫu kết quả.

Core questions

• Làm thế nào để các tọa độ 3D được biến đổi thành các vị trí màn hình 2D?
• Một hình tam giác được chiếu bao phủ những pixel nào?
• Làm thế nào để giải quyết khả năng hiển thị khi các hình nguyên thủy chồng chéo?
• Làm thế nào để giảm các hiện tượng răng cưa dọc theo các cạnh?

Key concepts

• Các giai đoạn đỉnh và mảnh
• Cắt xén và chiếu
• Chuyển đổi quét
• Kiểm tra chiều sâu bộ đệm Z
• Nội suy chính xác theo phối cảnh
• Khử răng cưa

Key theories

Đường ống biến đổi và raster hóa

Hình học đi qua một chuỗi cố định các phép biến đổi tọa độ từ không gian đối tượng sang không gian màn hình, sau đó các hình nguyên thủy được chuyển đổi quét thành các mảnh, cung cấp một cấu trúc ánh xạ hiệu quả lên phần cứng song song.

Bộ đệm chiều sâu để hiển thị

Bộ đệm z lưu trữ chiều sâu gần nhất đã thấy cho đến nay tại mỗi pixel và loại bỏ các mảnh nằm phía sau nó, giải quyết việc loại bỏ bề mặt ẩn một cách tăng dần mà không cần sắp xếp hình học.

Clinical relevance

Đường ống raster hóa là nền tảng của hầu hết đồ họa thời gian thực, điều khiển các trò chơi điện tử, tổng hợp giao diện người dùng, trình xem CAD và 3D tương tác được tìm thấy trong trình duyệt và thiết bị di động.

History

Bộ đệm z và các phương pháp chuyển đổi quét của đầu những năm 1970 đã được mã hóa thành đường ống chức năng cố định của phần cứng đồ họa ban đầu, sau đó được tổng quát hóa thành các đường ống shader có thể lập trình của GPU hiện đại.

Key figures

• Edwin Catmull
• Bui Tuong Phong

Seminal works

• catmull1974
• hughes2013

Frequently asked questions

Tại sao raster hóa lại nhanh đến vậy?

Mỗi hình tam giác được xử lý độc lập và mỗi pixel được điền bằng phép toán số học tăng dần đơn giản, điều này ánh xạ trực tiếp lên kiến trúc song song lớn của phần cứng đồ họa.

Bộ đệm z dùng để làm gì?

Nó ghi lại khoảng cách của bề mặt gần nhất đã được vẽ cho đến nay tại mỗi pixel, để các bề mặt gần hơn ghi đè lên các bề mặt xa hơn và các phần ẩn của cảnh tự động bị loại bỏ.