今天你想用最新的 D3D12 畫一個三角形，少說也要上千行代碼了，對于初學者來講，這個門檻是非常高的，太多干擾了，而一千多行代碼，已經足夠你重頭實現一個簡易版 D3D 了，為什么不呢？比起從圖形 API 入門，不如從畫點開始，同樣一千行代碼，卻能讓你對 GPU 的工作原理有一個直觀的了解。

因此，為了讓希望學習渲染的人更快入門，我開源了一個 C++ 實現可編程渲染管線的教程：

skywind3000/RenderHelp

那么網上軟件渲染器其實不少，這個 RenderHelp 和他們有什么區別么？區別有三：

• 實現精簡，沒依賴，就是一個 RenderHelp.h 文件，單獨 include 它就能編譯了，不用復雜的工程，導入一堆源文件，vim/vscode 里設置個 gcc 命令行，F9 編譯單文件即可。
• 模型標準，計算精確，網上很多軟渲染器實現有很多大大小小的問題：比如紋理不是透視正確的，比如鄰接三角形的邊沒有處理正確，比如 Edge Equation 其實沒用對，比如完全沒有裁剪，比如到屏幕坐標的計算有誤差，應該以像素點方框的中心對齊，結果他們對齊到左上角去了，導致模型動起來三角形邊緣會有跳變的感覺，太多問題了，對于強迫癥，畫錯個點都是難接受的，RenderHelp 采用標準模型，不畫錯一個點，不算錯一處坐標。
• 可讀性高，全中文注釋，一千多行代碼 1/3 是注釋，網上很多同類項目，屬于作者自己的習作，重在實現，做完了事，注釋量不足 5%，一串矩陣套矩陣的操作過去，連行說明都沒有，你想搜索下相關概念，連個關鍵字都不知道。RenderHelp.h 是面向可讀性編寫的，雖然也比較小巧，但重點計算全部展開，每一處計算都有解釋。某些代碼其實可以提到外層運行更快些，但為了可讀性，還是寫到了相關位置上，便于理解。

渲染效果圖片：

使用很簡單，include 項目內的 RenderHelp.h 即可，VS 和 PS 之間傳參，主要使用一個 ShaderContext 的結構體，里面都是一堆各種類型的 varying。

// 著色器上下文，由 VS 設置，再由渲染器按像素逐點插值后，供 PS 讀取 struct ShaderContext {std::map<int, float> varying_float; // 浮點數 varying 列表std::map<int, Vec2f> varying_vec2f; // 二維矢量 varying 列表std::map<int, Vec3f> varying_vec3f; // 三維矢量 varying 列表std::map<int, Vec4f> varying_vec4f; // 四維矢量 varying 列表 };

外層需要提供給渲染器 VS 的函數指針，并在渲染器的 DrawPrimitive 函數進行頂點初始化時對三角形的三個頂點依次調用：

// 頂點著色器：因為是 C++ 編寫，無需傳遞 attribute，傳個 0-2 的頂點序號 // 著色器函數直接在外層根據序號讀取響應數據即可，最后需要返回一個坐標 pos // 各項 varying 設置到 output 里，由渲染器插值后傳遞給 PS typedef std::function<Vec4f(int index, ShaderContext &output)> VertexShader;

每次調用時，渲染器會依次將三個頂點的編號 0, 1, 2 通過 index 字段傳遞給 VS 程序，方便從外部讀取頂點數據。

渲染器對三角形內每個需要填充的點調用像素著色器：

// 像素著色器：輸入 ShaderContext，需要返回 Vec4f 類型的顏色 // 三角形內每個點的 input 具體值會根據前面三個頂點的 output 插值得到 typedef std::function<Vec4f(ShaderContext &input)> PixelShader;

像素著色程序返回的顏色會被繪制到 Frame Buffer 的對應位置。

完整例子很簡單，只需要下面幾行代碼就能工作了：

#include "RenderHelp.h"int main(void) {// 初始化渲染器和幀緩存大小RenderHelp rh(800, 600);const int VARYING_COLOR = 0; // 定義一個 varying 的 key// 頂點數據，由 VS 讀取，如有多個三角形，可每次更新 vs_input 再繪制struct { Vec4f pos; Vec4f color; } vs_input[3] = {{ { 0.0, 0.7, 0.90, 1}, {1, 0, 0, 1} },{ { -0.6, -0.2, 0.01, 1}, {0, 1, 0, 1} },{ { +0.6, -0.2, 0.01, 1}, {0, 0, 1, 1} },};// 頂點著色器，初始化 varying 并返回坐標，// 參數 index 是渲染器傳入的頂點序號，范圍 [0, 2] 用于讀取頂點數據rh.SetVertexShader([&] (int index, ShaderContext& output) -> Vec4f {output.varying_vec4f[VARYING_COLOR] = vs_input[index].color;return vs_input[index].pos; // 直接返回坐標});// 像素著色器，返回顏色rh.SetPixelShader([&] (ShaderContext& input) -> Vec4f {return input.varying_vec4f[VARYING_COLOR];});// 渲染并保存rh.DrawPrimitive();rh.SaveFile("output.bmp");return 0; }

運行后，生成一張 output.bmp 圖片：

由于 VS/PS 全部 C++ 編寫，因此開發和調試都較方便，無需分開單獨編譯，能直接訪問各種全局變量，能 printf 信息，還能斷點觀察問題。如果 Windows 的話，最后你可以加一行：

system("mspaint output.bmp");

這樣每次運行后就能打開畫板程序查看最新的渲染效果。

有了上面繪制三角形的代碼，我們可以繼續改寫載入個模型繪制下：

直接顯示模型紋理，光禿禿的太丑，加個高洛德著色：

稍微能看一點，像十多年前的網游，再加個法向貼圖，讓細節更豐富些：

看著還行，再加層高光：

看起來不錯，主要用于驗證渲染器，有興趣你可以繼續折騰 PBR/BRDF 等高級渲染技巧。

渲染器的主要實現原理很簡單，我在下面這篇文章介紹過：

OpenGL 和 DirectX 是如何在只知道頂點的情況下得出像素位置的？?www.zhihu.com

兩種光柵化的實現方式，基于 Edge Walking 和掃描線繪制的適合 CPU 的傳統實時軟渲染方法，和現在這個基于 Edge Equation 的適合 GPU 的方法。前者復雜但是速度快，適合 CPU 實時渲染；后者簡單，但是運算量大，適合 GPU 并行處理。

歡迎參考我十多年前做的另外一個軟件渲染器：

• mini3d：700 行 C 語言實現實時軟件渲染

走的是傳統 CPU 實時渲染方法，其他參考：

• 計算機底層是如何訪問顯卡的？
• 256字節3D程序是如何實現3D引擎的呢？
• 如何進行三角形在齊次空間內的裁剪？

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收藏比點贊多一倍，怎么回事？點個贊那么難么？

總結

以上是生活随笔為你收集整理的output怎么用_如何用 C++ 写一个可编程软件渲染器？的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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