Программный (CPU) растеризатор — решение задания по университетскому курсу компьютерной графики. Вся геометрия и все пиксели считаются на CPU; OpenGL используется только для вывода готового массива пикселей в окно.
- Растеризация треугольников через bounding box и знаковые площади (барицентрические координаты), отсечение вырожденных треугольников.
- Отсечение задних граней по знаку площади в экранных координатах.
- Буфер глубины, перспективное деление, near-plane clipping с разрезанием треугольника на один или два новых.
- Векторная и матричная математика:
vec2/vec3/vec4, матрицы 3×3 и 4×4, умножение, транспонирование, обращение,lookAt, перспективная проекция, перенос/поворот/масштаб. - Нормализация модели в единичный куб с сохранением пропорций.
- Освещение по Ламберту с фоновой составляющей; направленный источник света.
- Генерация сглаженных нормалей, если в
.objих нет. - Перспективно-корректная интерполяция атрибутов (нормали, UV, мировые
координаты) через деление на
w. - Текстурирование: билинейная фильтрация, режим повторения (repeat), sRGB-декодирование при загрузке.
- Материалы и instancing: объект хранит меш, материал и массив матриц
экземпляров; вершинный шейдер получает
instanceId.
- Окно GLFW + ImGui, цикл реального времени, FPS и статистика сцены.
- Свободная камера: WASD + мышь, накопление
yaw/pitch, скорость умножается на длительность кадра. - Разделение разрешения окна и внутреннего кадрового буфера; апскейл «ближайший сосед» и билинейный.
- Пирамида mip-уровней (усреднение блоков 2×2, обработка нечётных размеров), выбор уровня по глубине и трилинейная фильтрация.
- Отладочный режим «номер mip-уровня в цвет».
- Скайбокс из шести текстур: направление луча восстанавливается через обратную матрицу вида-проекции, грань выбирается по максимальной по модулю компоненте направления (бонус 2 — скайбокс без геометрии).
- Процедурный ландшафт: фрактальный шум Перлина (4 октавы, seed), сетка 256×256, смещение вершин по высоте в вершинном шейдере, аналитические нормали, тайлящиеся мировые UV, смешивание травы и камня по крутизне склона.
- Сетка ландшафта следует за камерой с округлением сдвига до шага сетки.
- Режим
Follow terrainдля движения камеры вдоль сцены.
Проект использует C++23-модули, поэтому нужны:
- CMake не ниже 3.28 (используется
FILE_SET CXX_MODULES); - компилятор с поддержкой C++23-модулей — пресеты рассчитаны на
clang++; - Ninja;
- OpenGL-заголовки и библиотеки;
- OpenMP — опционально, при наличии подключается автоматически;
- GLFW и ImGui: подтягиваются через
FetchContentпри первой конфигурации, поэтому нужен доступ в сеть (или заранее заполненныйbuild/*/_deps).
sudo apt install build-essential cmake ninja-build clang git pkg-config \
libgl1-mesa-dev \
libx11-dev libxrandr-dev libxinerama-dev libxcursor-dev libxi-dev \
libwayland-dev libxkbcommon-dev wayland-protocolsRelease-сборка:
cmake --preset release
cmake --build build/release -jDebug-сборка:
cmake --preset debug
cmake --build build/debug -jProfile-сборка:
cmake --preset profile
cmake --build build/profile -jИз корня репозитория (ресурсы загружаются по относительным путям):
./build/release/raster <ширина окна> <высота окна> <ширина рендера> <высота рендера> [имя файла для сохранения карты высот]Пример: окно 1280×720, внутренний буфер 640×480:
./build/release/raster 1280 720 640 480Внутреннее разрешение можно менять независимо от размера окна. На экран результат выводится через апскейл, выбранный в панели.
| Действие | Клавиша / элемент |
|---|---|
| Движение вперёд/назад/влево/вправо | W / S / A / D |
| Вращение камеры | мышь (в захвате курсора) |
| Показать/скрыть панели, захватить/освободить курсор | Tab |
| Выход | Esc |
| Масштаб интерфейса | + / - |
| Режим визуализации | радиокнопки в левой панели: Lambert, Unlit, Depth, Normals, Texcoords, MipLevels |
| Параметры камеры | Fov, ZNear, ZFar в левой панели |
| Разрешение рендера | Width/Height в левой панели |
| Фильтр апскейла | Nearest / Bilinear |
| Режим Follow terrain | чекбокс Follow terrain в левой панели |
WASD и мышь работают, когда панели скрыты. Движение камеры учитывает длительность кадра; при отпускании клавиш скорость затухает.
- Ландшафт: seed
42, 4 октавы шума Перлина, сетка 256×256 ячеек, шаг 0.5, амплитуда высот 16, период UV 2 мировые единицы. - Текстуры ландшафта: трава и камень, смешиваются по крутизне склона.
- Скайбокс: шесть текстур
resources/textures/skybox/hills_*. - Модель:
Bunny.objс текстуройporcelain.jpg, один экземпляр, масштаб 2, поднят над ландшафтом. - Освещение: направленный свет + фоновая составляющая.
- Камера: старт в точке
(0, 2, 0), FOV 90°,zNear = 0.1,zFar = 100.
- Система координат: правая.
- Хранение матриц: по строкам.
- Векторы: столбцы; преобразование выполняется как
v' = M * v. - Порядок преобразований:
clip = P * V * M * position, гдеM— матрица модели,V— матрица вида,P— матрица проекции. - Камера: смотрит вдоль отрицательной оси
Z. - Координаты изображения: начало в левом нижнем углу кадрового буфера,
Xнаправлена вправо,Y— вверх. - Границы текстуры: используется повторение текстуры.
src/
math/ векторы, матрицы, преобразования
model/ меш, текстура, материал, объект
renderer/ кадровый буфер, viewport, растеризатор, шейдеры
scene/ камера, сцена, скайбокс, ландшафт
app/ окно, UI, главный цикл
utils/ загрузка/сохранение изображений, stb, tinyobj, шум Перлина
main.cpp точка входа
Поток кадра:
App::run
-> Scene::update (камера, следование ландшафта)
-> Rasterizer::drawScene
-> вершинные шейдеры
-> near-plane clipping
-> растеризация треугольников + буфер глубины
-> пиксельные/материальные шейдеры
-> screen-шейдеры (скайбокс, визуализация глубины)
-> Viewport::upscaleFromFramebuffer
-> glDrawPixels
- Mip-уровень выбирается по глубине (обязательный вариант задания), а не по производным текстурных координат. Такой выбор не учитывает наклон поверхности и плотность укладки UV; для ландшафта это приемлемо.
- Скайбокс реализован без геометрии : луч восстанавливается через обратную VP-матрицу, грань выбирается по максимальной по модулю компоненте направления. Куб из шести граней не строится.