// Kierunek patrzenia
//public Vector3 LookDirection =>
public void Illuminate(Scene scene)
{
Bitmap.Clear(Colors.Black.ToColor32());
var normal = Vector3.Zero;
var surfacePos = Vector3.Zero;
var lookDirection = scene.Camera.LookAtLH().GetAxis(Axis.Z);
for (var x = 0; x < Bitmap.PixelWidth; ++x)
{
for (var y = 0; y < Bitmap.PixelHeight; ++y)
{
var xf = (float)(-1.0 + x / HalfWidth);
var yf = (float)(1.0 - y / HalfHeight);
// Wektor normalny do powierzchni modelu
if (!scene.SurfaceShader.Compute(xf, yf, ref normal, ref surfacePos))
{
// Nie znaleziono normalnej dla danych współrzędnych.
continue;
}
normal = scene.Material.MapNormal(x, y, normal).Normalize();
var finalColor = new Color();
foreach (var light in scene.Lights)
{
finalColor += IlluminatePixel(surfacePos, normal, lookDirection, light, scene.Material);
}
Bitmap.DrawPoint(x, y, finalColor.ToColor32());
}
}
Bitmap.Present();
}
public void Render(Scene scene)
{
// Order of transformation:
// 1. Object space: In this space there are models at the beginning, they have no position or rotation.
// 2. World space: A common space in which the camera and all models are located, after giving them coordiantes and rotation.
// 3. View space: Coordinate space with respect to the camera, which is located at (0, 0, 0)
// 4. Projection space: After this transformation, the objects seen by the camera gain perspective.
// Matrix transformation from 2. to 3.
var viewMatrix = scene.Camera.LookAtLH();
// Matrix transformation from 3. to 4.
var projectionMatrix = Matrix.PrespectiveFovLH(
scene.Camera.FieldOfViewRadians,
Bitmap.AspectRatio,
scene.Camera.ZNear,
scene.Camera.ZFar);
foreach (var mesh in scene.Meshes)
{
// Transformation matrix from 1. to 2.
// First we apply the rotation and then the transformation
var worldMatrix = Matrix.Scaling(mesh.Scaling) * Matrix.RotationQuaternion(mesh.Rotation) * Matrix.Translation(mesh.Position);
// Matrix multiplication combining all transformations in the correct order.
var transformMatrix = worldMatrix * viewMatrix * projectionMatrix;
// 3D coordinantes to 2D coordinantes on a bitmap.
var pixels = mesh.Vertices.Select(vertex => Project(vertex, transformMatrix)).ToArray();
var vertices = mesh.Vertices.Select(vertex => Vector3.TransformCoordinate(vertex, worldMatrix * viewMatrix)).ToArray();
var color32 = mesh.Color.ToColor32();
// Iterate over the triangles.
foreach (var face in mesh.Faces)
{
if (vertices[face.A].Z < scene.Camera.ZNear ||
vertices[face.B].Z < scene.Camera.ZNear ||
vertices[face.C].Z < scene.Camera.ZNear)
{
continue;
}
face.Edges((a, b) =>
{
var p1 = pixels[a];
var p2 = pixels[b];
if (ClippingAlgorithm.ClipLine(ref p1, ref p2))
{
// Draw the grid lines.
LineDrawingAlgorithm.DrawLine(p1, p2, (x, y) => Bitmap.DrawPoint(x, y, color32));
}
});
}
}
}
/// <summary>
/// Renderuje obiekty na bitmapie używając danej kamery.
/// </summary>
public void Render(Scene scene)
{
// Kolejność przekształceń.
// [1. Object Space]. W tej przestrzeni znajdują się modele na początku, nie mają swojego położenia, ani rotacji.
// [2. World Space]. Wspólna przestrzeń, w której znajduje się kamera i wszystkie modele już po nadaniu im współrzędnych oraz rotacji.
// [3. View Space]. Przestrzeń ze współrzędnymi względem kamery, która znajduje się w (0, 0, 0).
// [4. Projection Space]. Po nadaniu tego przekształcenia obiekty widziane przez kamerę zyskują perspektywę.
// Macierz przekształcenia z [2. World space] do [3. View space].
var viewMatrix = scene.Camera.LookAtLH();
// Macierz przekształcenia z [3. View space] do [4. Projection space].
var projectionMatrix = Matrix.PerspectiveFovLH(
scene.Camera.FieldOfViewRadians,
Bitmap.AspectRatio,
scene.Camera.ZNear,
scene.Camera.ZFar);
// Iterujemy wszystkie siatki modelów które mają zostać wyrenderowane.
foreach (var mesh in scene.Meshes)
{
// Przygotowujemy macierz przekształcenia z [1. Object Space] do [2. World Space].
// W tym celu zastosujemy najpierw rotację, a potem translację obiektu tak, aby znalazł się
// w pożądanych współrzędnych w przestrzeni świata (World Space).
var worldMatrix = Matrix.Scaling(mesh.Scaling) * Matrix.RotationQuaternion(mesh.Rotation) *
Matrix.Translation(mesh.Position);
// Poniższa macierz łączy wszystkie przekształcenia od 1. do 4. w odpowiedniej kolejności.
var transformMatrix = worldMatrix * viewMatrix * projectionMatrix;
// Przekształcamy współrzędne 3D do współrzędnych 2D na bitmapie.
var pixels = mesh.Vertices.Select(vertex => Project(vertex, transformMatrix)).ToArray();
var vertices =
mesh.Vertices.Select(vertex => Vector3.TransformCoordinate(vertex, worldMatrix * viewMatrix))
.ToArray();
var color32 = mesh.Color.ToColor32();
// Iterujemy wszystkie "trójkąty" bieżącej siatki.
foreach (var face in mesh.Faces)
{
// Każdy trójkąt ma trzy wierzchołki.
if (vertices[face.A].Z < scene.Camera.ZNear ||
vertices[face.B].Z < scene.Camera.ZNear ||
vertices[face.C].Z < scene.Camera.ZNear
)
{
continue;
}
face.Edges((a, b) =>
{
var p1 = pixels[a];
var p2 = pixels[b];
// Obcina linie siatki wychodzące poza ekran.
if (ClippingAlgorithm.ClipLine(ref p1, ref p2))
{
// Rysuje linie siatki między wierzchołkami trójkątów.
LineDrawingAlgorithm.DrawLine(p1, p2, (x, y) => Bitmap.DrawPoint(x, y, color32));
}
});
}
}
}