Rendering

渲染（Rendering）是图形学的三大问题之一，除此之外还包括几何（Geometry）和动画（Animation）。

给定一个虚拟三维场景的描述（包括模型、位置关系、光照等），渲染过程将3D的场景信息输入转化为2D的图片。渲染是通过三维模型得到二维图像的过程，使用3D Programming。 渲染流程

• 确定场景中物体位置

• 加入摄像机视角（玩家眼睛）

• 把三维世界投影为屏幕图像

分为两种：

传统表面渲染流程（基于图形学管线） 适用：Mesh / NURBS 等显式几何

1. 场景准备（CPU）：加载几何、材质、纹理、光源、相机
2. 顶点处理（Vertex Shader）：模型空间 → 裁剪/屏幕空间（MVP）
3. 图元装配：顶点组装为三角形/线段
4. 裁剪（Clipping）：剔除视锥外图元
5. 光栅化（Rasterization）：图元 → 像素片段（Fragment）
6. 片段着色（Fragment Shader）：纹理采样、光照计算
7. 测试与混合：深度/模板测试，颜色混合
8. 写入帧缓冲：输出最终图像

Volume Rendering流程（Volumetric Rendering） 适用：体素网格、密度场、隐式场（如 NeRF）

1. 场景准备：加载体数据（显式网格或隐式网络）
2. 射线生成：为每个像素发射相机射线
3. 射线采样：沿射线按步长采样点 ({x_i}_{i=1}^N)
4. 属性查询：每个采样点获取密度 (\sigma_i) 与颜色 (c_i)
5. 体渲染积分： $$C(r)=\sum _{i=1}^N{T}_i(1-e^{-{\sigma }_i{\delta }_i})c_i$$ 其中 (T_i) 为到第 (i) 点的透射率、(\delta_i) 为相邻采样间距
6. 像素合成：累积采样点贡献得像素颜色
7. 写入帧缓冲：输出最终图像

区别：

流程环节	表面渲染（茶壶例子）	体渲染（云雾例子）
数据结构	顶点+面片	密度场 / 隐式函数
光线处理	光栅化像素	光线积分
几何表示	明确定义表面	连续体积（无明确表面）
应用	CAD、游戏、硬表面	烟雾、云、医学扫描、NeRF