Real Time Rendering 第一章简介

简介：

Real time rendering 是指在计算机上快速生成图像,它是计算机图形学中交互性最强的领域。当一副图像出现在屏幕上时，观众会做出一定的反应，而这个反应会影响屏幕上接下来出现的内容。当图像以足够快的速度渲染，观众就会产生连续的反应，从而形成一种动态的感受。

图像显示的速度是以每秒帧数(FPS)或赫兹(Hz)来衡量的。在每秒一帧的情况下，几乎没有互动性;用户痛苦地等待每一个新图像的到来。在6帧/秒左右时，交互性开始增长。电子游戏的FPS一般是是30,60,72或更高,在这样的速度下，用户更专注于游戏。

电影放映机的帧率为24帧/秒，也叫显示率（display rate），但为了避免帧与帧之间闪光，使用快门(shutter)系统每帧播放2至4次。每秒播放帧的次数，叫刷新率（refresh rate），用赫兹(Hz)表示。每帧播放三次，其刷新率为72赫兹。我们平常用的LCD显示器，也是分为显示率和刷新率。

FPS是24 是可以接受的，但更高的速度对于缩短用户的反应时间很重要。15毫秒的时间延迟就会减慢和干扰交互的体验。例如，用于虚拟现实的头戴式显示器通常需要90 FPS才能最小化延迟。

Real time rendering 不只是交互性。如果速度是评价交互性唯一的标准，那么任何能够快速响应用户命令并在屏幕上绘制任何内容的应用程序都是合格的。Read time rendering通常意味着生成三维图像。

交互性、三维空间、图形加速硬件是影响实时渲染的三大因素，许多人认为1996年的 3Dfx Voodoo 1卡的出现是消费者级三维图形的真正开端。随着市场的快速发展，现在每台电脑、平板电脑和手机都内置了图形处理器。在图1.1和1.2中显示了一些由硬件加速实现的实时渲染结果的优秀示例

图形硬件的进步推动了交互计算机图形学领域的研究。我们将专注于提供提高图像渲染速度和改善图像质量的方法，同时也描述了加速算法和图形api的特性和限制。我们无法深入讨论每一个主题，我们的目标是介绍关键的概念和术语，解释该领域中最健壮、最实用的算法，并提供获取更多信息的地址。我们希望提供给您的理解这一领域的工具值得您花时间和精力阅读我们的书。

1.1 内容预览

第二章： The Graphics Rendering Pipeline. 实时渲染的核心是通过执行一些列的步骤，把场景中描述的东西，最终呈现在我们眼前

第三章： The Graphics Processing Unit. 现代GPU通过固定流水线和可编程流水线实现不同阶段的渲染.

第四章：Transforms. 变换是操作对象的位置、方向、大小和形状以及相机的位置和视图的基本工具。

第五章：Shading Basics. 讨论了materials 和 lights 的定义以及如何使用他们来实现想要的表面效果,无论是写实的的风格还是非写实的风格. 同时也介绍了其它与外观相关的主题，如通过使用反锯齿、透明度和伽马校正来提供更高的图像质量。

第六章：Texturing. 实时渲染最强大的工具之一是快速访问和显示表面图像的能力。这个过程叫做纹理化，有很多种方法来应用它。

第七章：Shadows. 为场景中的物体添加阴影，能提高真实度，我们提供了快速计算阴影的算法

第八章：Light and Color. 在我们执行 PBR(physically based rendering,基于物理的渲染）之前, 我们首先需要理解如何量化灯光和颜色，以及PBR处理完成之后，我们需要将结果的数量转换为显示的值，考虑到屏幕和观看环境的属性。这两个主题在本章中都有涉及。

第九章：Physically Based Shading. 讲述了PBR的基本概念，以及如何混合、过滤material实现效果

第十章：Local Illumination. 研究了描绘更精细光源的算法。表面渲染考虑到光线是由物理物体发出的，这些物体具有特定的形状

第十一章： Global Illumination.讲述了模拟光线和场景之间的多重交互的算法，进一步增加了图像的真实感。我们讨论了环境和方向遮挡，以及全局光照在漫反射和镜面反射上的效果

第十二章：Image-Space Effects.讨论了图像滤波和重投影技术

第十三章：Beyond Polygons. 三角形并不总是描述物体最快或最真实的方式。基于图像、点云、（point clouds）体素（voxels）和其他样本集的替代表示各有其优点

第十四章：Volumetric and Translucency Rendering. The focus here is the theory and practice of volumetric material representations and their interactions with light sources. The simulated phenomena range from large-scale atmospheric effects down to light scattering within thin hair fibers.

第十五章： Non-Photorealistic Rendering. 真实感渲染，还有其它的渲染风格比如卡通、水彩. Line and text generation techniques are also discussed.

第十六章： Polygonal Techniques.几何数据来源广泛，有时需要修改，提高渲染的速度。介绍了多边形数据表示和压缩的方法

第十七章： Curves and Curved Surfaces. 曲线和曲面。更复杂的表面表示提供了一些优势，比如能够在质量和渲染速度之间进行权衡，更紧凑的表示，以及平滑的表面生成。

第十八章： Pipeline Optimization. 优化

第十九章： Acceleration Algorithms. 剔除和LOD

第二十章： Efficient Shading. 优化

第二十一章： Virtual and Augmented Reality. 虚拟现实和增强现实。这些领域有特殊的挑战和技术，以高效和一致的速度产生真实的图像。

第二十二章： Intersection Test Methods(交叉测试方法) 交叉测试对于渲染、用户交互和碰撞检测非常重要。这里提供了广泛的最有效的常见几何交叉测试算法的深度覆盖。

第二十三章： Graphics Hardware. The focus here is on components such as color depth, framebuffers, and basic architecture types. A case study of representative GPUs is provided.

Chapter 24, The Future. Take a guess (we do).