500行纯C++代码实现软件渲染：展示3D图形API工作原理，附代码与示例

用500行纯C++代码实现软件渲染：展示3D图形API工作原理，附代码与示例

在这一系列文章里，打算通过从头编写简化版克隆程序，展示OpenGL、Vulkan、Metal和DirectX的工作原理。很多人学3D图形API会卡在入门阶段，为此准备简短系列讲座，讲座后学生能做出功能不错的渲染器。

任务目标

不使用任何第三方库（尤其是图形相关库），生成一张如下所示的图像：

需要注意，这是一份教学材料，大致遵循现代3D图形库结构，是个软件渲染器，并不打算展示如何编写GPU应用程序，而是展示其工作原理。理解这一点对用3D库编写高效应用程序很重要。

起点

最终代码约500行，学生通常花10到20个小时编程才能开始制作这样的渲染器。输入是由三角网格和纹理组成的3D模型，输出是渲染后的图像，程序无图形界面，仅简单生成一张图片。

为减少外部依赖，给学生提供处理 TGA 文件的类。TGA是支持RGB、RGBA和灰度图像的简单格式之一，是图像操作的基础。一开始，除加载和保存图像外，唯一可用功能是设置单个像素颜色。

没有内置绘制线段或三角形的函数，将手动实现所有功能。虽会和学生一起编写源代码，但不建议直接使用，亲自动手实践对理解概念很重要。完整代码可在 GitHub 上找到，给学生的初始源代码可在 这里 找到。下面是起点代码：

main.cpp

#include "tgaimage.h" constexpr TGAColor white = {255, 255, 255, 255}; // 注意，BGRA 顺序 constexpr TGAColor green = { 0, 255, 0, 255}; constexpr TGAColor red = { 0, 0, 255, 255}; constexpr TGAColor blue = {255, 128, 64, 255}; constexpr TGAColor yellow = { 0, 200, 255, 255}; int main(int argc, char** argv) { constexpr int width = 64; constexpr int height = 64; TGAImage framebuffer(width, height, TGAImage::RGB); int ax = 7, ay = 3; int bx = 12, by = 37; int cx = 62, cy = 53; framebuffer.set(ax, ay, white); framebuffer.set(bx, by, white); framebuffer.set(cx, cy, white); framebuffer.write_tga_file("framebuffer.tga"); return 0; }

这段代码会生成一个64x64的图像 `framebuffer.tga`，为便于阅读，对其进行了缩放：

编译

git clone https://github.com/ssloy/tinyrenderer.git && cd tinyrenderer && cmake -Bbuild && cmake --build build -j && build/tinyrenderer obj/diablo3_pose/diablo3_pose.obj obj/floor.obj

渲染后的图像会保存为 `framebuffer.tga`。

预览：渲染器生成的几个示例

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