May 18, 2022
Update（2023.03）：重构了代码结构，增加了 MSAA 和 ShadowMap 实现，并且增加 OpenGL 和 Vulkan 版本，可运行中实时切换软件渲染器和 OpenGL/Vulkan 渲染器
这是疫情期间业余时间写的一个光栅化软渲染器，C++ 实现，代码地址：
https://github.com/keith2018/SoftGLRender
除了带纹理渲染，也支持 wireframe，并且支持查看 frustum 裁剪结果
整体代码量不大，基于C++11，实现了基本的渲染管线流程，并且在渲染器上层加了一些适配逻辑，比如模型加载、相机、设置面板等，使得整个工程可以独立地跑起来，可以方便地加载 GLTF 模型（整个工程也可以看作一个 GLTF Viewer），编译自测过 MacOS、Windows
工程结构
主要有 renderer、shader、app 三个部分：
-
renderer：渲染器实现，输入 Mesh 数据 (Vertex、Indices 等)，绑定好自定义的 Shader， 然后启动管线流程，绘制到 FrameBuffer；
-
shader：模拟了可编程渲染管线结构，支持 VertexShader 和 FragmentShader，可以方便地将现有 GLSL 代码改改移植过来跑，工程里内置实现了一些基本的 Shader，如 Blinn-Phong光照、天空盒、PBR&IBL 等；
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app：这部分主要是 Viewer 层逻辑，包括 GLTF 加载(基于Assimp)、相机 & 控制器、设置面板、不同模型节点渲染 pass 的组织等；
渲染管线
基本的管线流程都有实现：
- Vertex Shading
- View Frustum Culling
- Perspective Divide
- Screen Mapping
- BackFront Culling
- Triangular Rasterization
- Fragment Shading
- Depth Test & Alpha Test
并且简单实现了 Reversed Z、Early Z 这些特性
纹理
实现了常用的纹理 Wrapping 和 Filtering 模式：
- Texture Filtering
- NEAREST
- LINEAR
- NEAREST_MIPMAP_NEAREST
- LINEAR_MIPMAP_NEAREST
- NEAREST_MIPMAP_LINEAR
- LINEAR_MIPMAP_LINEAR
- Texture Wrapping
- REPEAT
- MIRRORED_REPEAT
- CLAMP_TO_EDGE
- CLAMP_TO_BORDER
- CLAMP_TO_ZERO
并且支持了几种常用的纹理参数，如 Lod、Bias、Offset，这里为了支持纹理的 Mipmaps ，渲染器实现了 dFdx、dFdy 的功能，即光栅化是以4个像素为一个 Quad 进行：
/**
* p2--p3
* | |
* p0--p1
*/
PixelContext pixels[4];dFdx、dFdy 就是取相邻像素的 Shader 变量值的差来实现，可以用来在 FS 中求 TBN
纹理的存储支持了三种模式，
- Linear : 逐行存储，通常的图像 RGBA buffer 就是这样的；
- Tiled : 分块存储，块内还是 Linear；
- Morton : 分块存储，块内使用 Morton 模式存储 (类似于 Z 字形)；
这里主要是为了提升 Texel Fetch 的缓存命中率从而提升性能，开了天空盒之后，纹理这块的耗时占比很大。
抗锯齿
抗锯齿只加了 SSAA 和 FXAA，SSAA 相对简单，直接渲染器宽高 x2，由于工程里本身是用 OpenGL 的纹理实现的上屏，后面的 resolve 都省了。FXAA 则只需加个后处理 Shader，不影响渲染器结构，实现也不麻烦。经典的 MSAA 后面有时间可以实现一下，会涉及光栅化部分的结构调整。
Shading 模型
实现了 Blinn-Phong 和 PBR-BRDF 两种，不过 PBR 刚开始生成 irradianceMap 和 perfilterMap 确实很慢，会卡一会儿，后面跑起来就还好。
性能优化
这块做的不多，主要有：
- 多线程：光栅化过程采用了多线程分块处理，不过目前的三角形遍历算法还有待优化；
- SIMD：对几个性能瓶颈点做了 SIMD 加速，如重心坐标计算、Shader 的 varying 插值等；
可优化点其实不少，不过软件渲染器主要还是温故下图形基础，就没有过多地搞优化了
渲染样例
