如何写一个软件渲染器？
实现个简单的固定渲染管线软渲染器不算复杂，差不多700行代码就可以搞定了。之所以很多人用 D3D用的很熟，写软渲染却坑坑洼洼，主要是现在大部分讲图形的书，讲到透视投影时就是分析一下透视变换矩阵如何生成，顶点如何计算就跳到其他讲模型或者光照的部分了。
因为今天基本上是直接用 D3D 或者 OGL，真正光栅化的部分不了解也不影响使用，所以大部分教材都直接跳过了一大段，摄像机坐标系如何转换？三角形如何生成？CVV边缘如何检测？四维坐标如何裁剪？边缘及步长如何计算？扫描线该如何绘制？透视纹理映射具体代码该怎么写？framebuffer zbuffer 到底该怎么用？z-test 到底是该 test z 还是 w 还是 1/z 还是 1/w ？这些都没讲。
早年培训学生时候，我花两天时间写的一个 DEMO，今天拿出来重新调整注释一下，性能和功能当然比不过高大上的软件渲染器。但一般来讲，工程类项目代码不容易阅读，太多边界情况和太多细节优化容易让初学者迷失，这个 mini3d 的项目不做任何优化，主要目的就是为了突出主干：
源代码：skywind3000/mini3d · GitHub
可执行：http://www.skywind.me/mw/images/c/c8/Mini3d.7z
操作方式：左右键旋转，前后键前进后退，空格键切换模式，ESC退出。
特性介绍：
- 单个文件：源代码只有一个 mini3d.c，单个文件实现所有内容，阅读容易。
- 独立编译：没有任何第三方库依赖，没有复杂的工程目录。
- 模型标准：标准 D3D 坐标模型，左手系 + WORLD/VIEW/PROJECTION 三矩阵
- 实现裁剪：简单 CVV 裁剪
- 纹理支持：最大支持 1024 x 1024 的纹理
- 深度缓存：使用深度缓存判断图像前后
- 边缘计算：精确的多边形边缘覆盖计算
- 透视贴图：透视纹理映射以及透视色彩填充
- 实现精简：渲染部分只有 700行， 模块清晰，主干突出。
- 详细注释：主要代码详细注释
截图效果
颜色填充
透视纹理映射
线框图
增加光照和二次线性插值（朋友给 Mini3D加的平行光源）效果还行：
阅读要求：
- 看过并了解 D3D / OGL的矩阵变换。
- 用 D3D / OGL 完成过简单程序。
实现说明：
- transform：实现坐标变换，和书本手册同
- vertex： 如何定义顶点？如何定义边？如何定义扫描线？如何定义渲染主体（trapezoid）？
- device： 设备，如何 projection，如何裁剪和归一化，如何切分三角形，如何顶点排序？
- trapezoid：如何生成 trape，如何生成边，如何计算步长，如何计算扫描线
- scanline：如何绘制扫描线，如何透视纠正，如何使用深度缓存，如何绘制
- 基础练习：先前给学生的作业
- 增加背面剔
增加简单光照
提供更多渲染模式
实现二次线性差值的纹理读取
扩展练习：给有余力的学生
推导并证明程序中用到的所有几何知识
优化顶点计算性能
优化 draw_scanline 性能
从 BMP/TGA 文件加载纹理
载入 BSP 场景并实现漫游
其他内容
当年还用不了 D3D 和 OGL ，开发游戏，做图形实现软件渲染是必备技能，当年机型差，连浮点数都用不了，要用定点数来计算，矩阵稍不注意就越界了。计算透视纠正还是一个比较昂贵的工作，更多游戏使用仿射纹理绘制，只是把离屏幕近的多边形切割成更小的三角形，让人看起来没有那么明显。即便到了 Quake 年代，计算 1/z 的除法也只是四个点才算一次（经过精确计算CPU周期，绘制四个点时下一个点的 1/z刚好算完），Quake 的四个点内也还是仿射纹理绘制……
那时显卡没普及，光软件渲染器的优化就是一个无底洞，今天有了 OGL/D3D和显卡，人的精力才能充分集中在更高层次的场景组织、层次细节、动态光照等功能上。然而有空的时候，花个一周时间坐下来了解一下这部分的大概原理，推导所用到的数学模型，也能帮助大家更好的理解底层运行机制，写出更加优化的代码来。
PS：光线跟踪版本的软件渲染，考虑光照的话，简单实现起来差不多 500 行，比这个要简单一些。各位有兴趣也可以尝试一下，就是简单渲染个立方体足够了。
帅哥，你这个真的是业界良心。不过可以不可以写篇文章配合代码讲解讲解原理性的东西腻
@chris
看懂这个之前先要熟悉 D3D 的基本原理呀，我这个注释已经满详细的了嘛，如果需要，等我有空再整理下吧。
很好的教程,希望楼主有空再做个详细点的解释哦,照顾一下没看过矩阵变换的同学:-)
嗯，D3D有大量教程，进行这个课程前，起码要用D3D写过旋转立方体这样简单的DEMO，并且弄清楚背后的数学啊。
@IceCoffee
我把d3d涉及 的矩阵知识学了一遍，知道了相机具体存在的形式，旋转，平移，缩放，投影。
现停在 扫描线和帧缓存这里 ，没有完全理解扫描线是什么
帅哥有时间 搞一个稍微详细的图，描述下渲染的执行过程o(∩_∩)o
你好。
有点问题想请教一下。深度测试那里，为什么是用rhw来做，而不是z？
@Shihira Fung
实际是w缓存，经过projection矩阵乘法后，w和z是成线性关系的（具体见透视投影矩阵生成），固定管线标准模型中，都是用w进行缓存的，而rhw是保存着1/w的值，在具体绘制的时候才会计算 w = 1/rhw，除法代价大，因此直接用1/w进行判断，越远的点rhw值越小，越近的点，rhw值越大，所以深度缓存中rhw越大的值覆盖越小的值，因为他们代表越近的像素点。这样清空深度缓存时填写0就行了。不需要笨拙的用传统的z判断，初始化成一个很大的值，每次判断更小的值被保留下来。
博主，请教一个问题。
假如我要给Mini3D添加光照，而且不是Gourand是Phong，也就是要给每个pixel计算法向量。因为每个pixel是在线性插值的时候计算出来的，这个时候pixel的坐标x和y分量是在屏幕空间中的，但是Phong光照模型计算需要计算入射向量和观察点到该点的向量，光源坐标和光差点坐标是在世界空间的，这样来怎么计算入射向量和观察点到该点的向量呢
请教博主一个问题：
假如我要给Mini3D添加Phong光照。Phong光照需要计算每一个pixel的入射光向量和观察点到pixel的向量，但是由于在求pixel的时候已经是在屏幕空间中进行线性插值了，这个时候求出来的x和y分量不能用来求入射光向量和观察点到该点的向量，该怎么办呢？
@Christal
你想做phong像素光照的话实际上是这样一个过程：
顶点程序中保存转换到世界空间的法线（如何你打算在世界空间计算光照的话），保存世界空间顶点位置，传递到片段程序。
片段程序中利用顶点传递的法线和顶点位置进行光照，这样光照还是在世界空间进行的呀，放到顶点里面计算是为了让法线得到透视校正插值，这样的光照效果更加精确。
@Christal
很简单，你需要将三维空间的 x,y,z 一起放入插值，即（一开始/w），进行屏幕空间插值，插值完后再* w。这个问题我新文章里面有解释：http://www.skywind.me/blog/archives/1828 类似 OpenGL的 varying 的标准插值方法，希望能帮助到你，给 mini3d 添加 varying 很简单。
博主，请教一个问题。
我看在扫描线绘制的时候，顶点属性进行了透视矫正插值（z(b1/z1 + t(b2/z2 – b1/z1))），但是在生成水平扫描线时，扫描线的左右两端点属性是直接线性插值的结果（b1 + （1 – t）b2）），没有进行透视矫正。不知道是不是我的理解有问题，希望博主指点一下。
博主，请教一个问题。
我看在扫描线绘制的时候，顶点属性进行了透视矫正插值（z(b1/z1 + t(b2/z2 – b1/z1))），但是在生成水平扫描线时，扫描线的左右两端点属性是直接线性插值的结果（b1 + （1 – t）b2）），没有进行透视矫正。不知道是不是我的理解有问题，希望博主指点一下。
我看在扫描线绘制的时候，顶点属性进行了透视矫正插值（z(b1/z1 + t(b2/z2 – b1/z1))），但是在生成水平扫描线时，扫描线的左右两端点属性是直接线性插值的结果（b1 + （1 – t）b2）），没有进行透视矫正。不知道是不是我的理解有问题，希望博主指点一下。