TinyRender - 从零实现的软渲染器

一个基于C++17实现的现代软渲染器，支持obj模型加载、PBR材质、静态光照、实时相机控制、多线程渲染、SSAA抗锯齿及多种渲染模式。从矩阵变换到片元着色，不依赖图形API，深入理解计算机图形学核心原理。

✨ 核心功能

🎛️ 可编程渲染管线

• 顶点着色器
  完整实现MVP矩阵变换与法线变换（vertex_shader函数）
• 片元着色器框架
  支持6种可编程着色器：
  • 法线可视化 (normal_fragment_shader)
  • Phong光照 (phong_fragment_shader)
  • 纹理映射 (texture_fragment_shader)
  • 凹凸/位移贴图 (bump/displacement_fragment_shader)
  • 纯色/白模渲染 (white_fragment_shader)

🛠️ 依赖项

• OpenCV 4.x（渲染结果查看与保存）
• C++17兼容编译器（C++20支持的日志Log.h）

📊 实时调试信息

• 三角形面数统计
  窗口标题实时显示渲染三角面数（rasterizer::show()）
• 帧率监控
  画面左上角显示实时FPS（main.cpp中的帧计时逻辑）

📦 模型与材质系统

• OBJ模型加载
  支持带UV和法线的OBJ模型解析（见OBJ_Loader.cpp）
• PBR材质管线
  实现环境光/漫反射/镜面反射贴图（Materials.h中金属、皮肤、玻璃等材质）可自定义添加材质
• 纹理映射
  UV采样与透视校正（Texture.cpp）

💡 光照与着色

• Phong光照模型
  完整实现环境/漫反射/镜面反射分量（phong_fragment_shader）
• 法线/位移贴图
  TBN矩阵变换实现凹凸效果（bump/displacement_fragment_shader）
• 多光源支持
  点光源衰减与强度计算（Shader.cpp中的光照累加）

🎥 交互式相机

• 轨道控制器
  鼠标拖拽旋转/右键平移/滚轮缩放（OrbitCamera.h实现）
• 透视投影
  可调FOV和裁剪平面（rasterizer.cpp中的投影矩阵）
• 模型变换
  支持模型平移/旋转/缩放组合变换（set_model方法）

🖌️ 多样化渲染

• 多模式切换
  F键面渲染/E键线框模式/V键顶点模式（rasterizer.cpp渲染管线）
• 抗锯齿方案
  4x SSAA超级采样（注释部分可启用）

🛠️ 交互控制

| 按键 | 功能 | | ------------ | ------------ | | 鼠标左键拖拽 | 旋转模型 | | 鼠标右键拖拽 | 平移场景 | | 滚轮 | 缩放相机 | | E/F/V | 切换渲染模式 | | M | 切换多渲染 | | A | 切换SSAA渲染 | | ↑/↓ | 切换片着色器 | | ←/→ | 切换模型 |

🚀 性能优化

• 包围盒剪裁：三角形快速剔除（getBoundingBox）
• 背面剔除：背面三角形渲染优化(有向三角形面积double_area2D管理)

📚 实现亮点

• 自定义矩阵向量类：矩阵运算向量化（Vec.h模板类）
• 可编程片着色器：自定义片着色器（Shader.cpp）
• 透视校正：深度感知的重心坐标插值（rasterize_triangle）
• 材质系统：基于物理的反射率计算（Material结构体）

📸 效果展示

| 着色器切换 | 模型展示 | |-----------|---------| |法线可视化| | |Phong光照| | |纹理映射| | |凹凸贴图| | |位移渲染| | |白模渲染| |

🌟 未来计划

• [ ] 阴影映射
• [ ] 延迟渲染管线
• [ ] GPU加速计算

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