渲染流程概览
参考了很多大佬的博客，最终也成功写出了自己的软渲染器，这里记录一下自己的学习心得，有错的话希望大家可以指正。
此节参考资料：LearnOpenGL CN 坐标系统
项目github地址：SoftRenderer
1.效果
图像渲染的过程就是将三维空间中面片数据的映射到二维空间中，并对这一面片进行着色的过程。软渲染就是用软件模拟硬件中的各种操作，完成这一过程。
我们的所有模型都可以用很多个三角面片进行近似，本文中软渲染器也用三角面片为渲染的基本单位。（下面是用我的软渲染器实现的效果）
| 图片 | 描述 |
|---|---|
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只渲染三角面片的边获得的图像 |
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使用各种贴图进行三角形光栅化后得到的图像 |
2.模型变换
让我们来粗略的模拟一下一个三角面片变成屏幕像素的过程：
ps：这里使用和openGL相同的右手坐标系进行演示。数学相关的细节之后会讲到这里只做概念介绍
首先，我们从模型中得到了三个顶点ABC，它们组成了一个三角面片，此时三角形面片位于局部坐标系，也就是建模时使用的坐标系。
我们在场景中摆放模型时，常常需要对它进行平移旋转缩放等操作，将模型放在我们需要的位置。这时需要使用
模型矩阵(MODEL MATRIX) 将 局部坐标系(Local Coordinate) 转换到 世界坐标系(World Coordinate) 下。
3.视图变换
接下来我们需要一个摄像机，将 世界坐标系(World Coordinate) 下的三角面片转换到 观察坐标系(View Coordinate)（也被叫做摄像机空间(Camera Space)或视觉空间(Eye Space)），为了更好的理解这一步是在做什么，这里先现在演示一种最简单的情况。
我们有一个摄像机在z轴上，看向z轴负方向。此时世界坐标系与观察坐标系方向相同，我们可以通过令所有顶点的z值为0简单的得到三角面片到xoy平面的投影。（为什么z轴朝向摄像机后方？这里是因为openGL里z轴是由屏幕里面指向自己的，只是个规定。）
此时摄像机的视野是这样的，只需令顶点的z值为0，我们其实已经很简单的完成了三维空间到二维平面的转换。
但是因为真实世界中还有近大远小的透视效果，我们的摄像机也不总能恰好在z轴且指向z轴负方向，所以我们还需要对三角形顶点继续进行运算，但是通过这个例子我们可以了解到，视图变换可以方便后面进行投影。
对于任意位置的摄像机，我们都可以使用 观察矩阵(VIEW MATRIX) 将 世界坐标系(World Coordinate) 的坐标转换到 观察坐标系(View Coordinate) 下，此次变换后，z轴就存储了顶点距离摄像机的位置信息，我们可以利用这一数据，通过透视矩阵实现近大远小的效果。
4.投影变换
只有一个三角形面片很难用图片演示透视变换，接下来请允许我换一种表达方式。透视变换会通过一些参数定义一个视锥（决定了摄像机可以看到那些地方），然后将这个视锥变换成一个立方体（xyz范围在[-w,w]），然后通过透视除法将这个立方体变为标准设备坐标系（xyz范围在[-1,1]）。
效果如图：
红色为视锥，蓝色为我们的模型
变换后视锥会变成立方体，其中的内容会被跟随视锥进行缩放。
至此，我们通过使用 投影矩阵(PROJECTION MATRIX) 将 观察坐标系(View Coordinate) 转换到了 裁剪坐标系(Clip Coordinate) 下。
之所以叫做裁切坐标系，是因为我们希望这一步后，所有不在投影(红色)范围内的模型都被裁切掉（齐次裁切）。裁剪后我们需要根据剩下的顶点重写构建三角形。
5.标准设备变换
在投影变换后，我们进行 透视除法(Perspective Division) ，将裁剪坐标系(Clip Coordinate) 转换到 标准设备坐标系(ndc Coordinate) ，标准设备坐标系中xyz都在[-1,1]范围中，方面我们将其坐标映射到屏幕。
6.视窗变换
得到了ndc坐标，我们就可以通过 视窗变换（Viewport Transform） 将顶点坐标转换到 屏幕坐标系(Screen Coordinate) 上了。
7.光栅化
至此，我们的3维坐标已经转换到了二维屏幕坐标。接下来的工作就是讲连续的图元变成离散的像素点，即光栅化。假设我们的屏幕为24x16像素。
这里用黑色对三角形的边进行光栅化，结果将类似与下图：
这个效果可以用直线光栅化算法，如Bresenham实现。除了对边进行光栅化，我们还可以用扫描线算法，重心坐标算法等算法对整个三角形进行光栅化。当我们把变换到屏幕坐标的三角形栅格化后，整个渲染流程就走完一半了。
在实际实现的时候，现在这个框架会将模型背面看不见的三角形面片也会被计算一遍，效率很低。而且因为面片绘制顺序和空间位置无关，有可能背面的面会后绘制，从而遮挡已经绘制好了的在前面的面，出现各种奇怪的效果。
如果后期要使用材质贴图，我们还要处理透视变形(地板贴图没有正确显示)的问题。
而且这个框架没有计算任何光照数据。但此时的功能已经可以帮助我们实现线框模型的正确渲染了。