Computer Graphics Assignment 5 – Software Rasterizer

Overview

이 과제의 목표는 소프트웨어 렌더링 파이프라인을 직접 구현하여, 여러 개의 삼각형으로 구성된 단일 구체(sphere)를 “Unshaded” 상태로 화면에 출력하는 것입니다.

• Input: 수업 웹페이지에서 제공되는 sphere_scene.cpp (unit‐sphere 메시 생성)
• Pipeline: 모델링 → 뷰 → 투영 → 뷰포트 → 래스터라이즈 → 깊이(depth) 버퍼 → BMP 출력
• Output: HW5_Result_Img.bmp (512×512 해상도, 흰색 구체)

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Table of Contents

1. Compilation Instructions
2. Run Instructions
3. Pipeline Summary
4. Components Details

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Compilation Instructions

터미널(또는 PowerShell)에서 아래 명령어로 컴파일하세요:

g++ -std=c++17 main.cpp sphere_scene.cpp -o rasterizer -O2

Run Instructions

컴파일 후 생성된 실행 파일 rasterizer 를 실행합니다:

./rasterizer

실행 후 작업 디렉터리에 HW5_Result_Img.bmp 파일이 생성됩니다.
HW5_Result_Img.bmp 를 운영체제 기본 이미지 뷰어로 열어 Unshaded Sphere 결과를 확인하세요.

Pipeline Summary

1. Scene Generation

   • create_scene() 호출 →
     • gVertexArray (정점 배열)
     • gIndexBuffer (삼각형 인덱스)
     • gNumVertices, gNumTriangles 초기화

2. Buffer Initialization

   • frameBuffer: RGB24 픽셀 버퍼 (512×512), 초기값 {0,0,0}
   • depthBuffer: float 깊이 버퍼 (512×512), 초기값 +∞

3. Transformation Matrices

   • Modeling: Scale(2,2,2) → Translate(0,0,-7)
   • View: Identity()
   • Projection: MakeFrustumFromZPlanes(-0.1, +0.1, -0.1, +0.1, -0.1, -1000.0)
   • Viewport: MakeViewport(512, 512)

4. Vertex Processing

   1. 모델 → 뷰 → 투영 변환
   2. 원근 나누기 (perspective divide) → NDC
   3. 뷰포트 변환 → 화면 좌표

5. Rasterization

   • 각 삼각형 순회
   • 화면 공간에서 바운딩 박스 계산
   • 바리센트릭 테스트 → 깊이 보간 → depthBuffer 비교 후 frameBuffer 갱신
   • Back‐face culling

6. Rasterization

   • 삼각형별
     1. Back-face culling
     2. Bounding Box 계산
     3. Barycentric 검사 & depth buffer
     4. depth 테스트 후 픽셀 쓰기

7. Output

   saveBMP("HW5_Result_Img.bmp", 512, 512, frameBuffer);

Component Details

sphere_scene.cpp

• 전체 정점 수: (height-2)*width + 2
• 전체 삼각형 수: (height-2)*(width-1)*2
• 중간 위도 루프 → 단위 구체 정점 생성
• 북·남극 정점 추가
• 링·극점 연결용 인덱스 버퍼 채우기

main.cpp

• create_scene() 호출 → 메시 데이터 준비
• 버퍼 할당: 색상 + 깊이
• 행렬 계산: M, V, P, W
• transform_vertex 람다로 화면 좌표 변환
• 래스터라이징: 위 Pipeline Summary 순서 따름
• saveBMP로 결과 이미지 출력