使用 .NET 8.0 和 OpenGL 创建一个简易的渲染器

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所属分类:.NET技术
摘要

前言
我个人对三维渲染领域的开发有着浓厚的兴趣,尽管并未在相关行业工作过,我的了解还很片面。去年,在与群友聊天时,他们推荐了一本《Unity Shader入门精要》,说适合像我这样想自学的新人,于是我打开了通往新世界的大门。这本书涵盖了很多基础的渲染知识,如光照、阴影、各种风格的渲染等等。对于有兴趣的同学,可以在京东读书中在线阅读,无需购买纸质版。 在学习过程中,我发现使用Unity Shader编写着色器非常方便,它很好地封装了渲染概念中的Pipeline、Pass等要点。因此,我萌生了一个想法:是否可以模仿Unity Shader来开发一款属于自己的渲染器呢?

前言
我个人对三维渲染领域的开发有着浓厚的兴趣,尽管并未在相关行业工作过,我的了解还很片面。去年,在与群友聊天时,他们推荐了一本《Unity Shader入门精要》,说适合像我这样想自学的新人,于是我打开了通往新世界的大门。这本书涵盖了很多基础的渲染知识,如光照、阴影、各种风格的渲染等等。对于有兴趣的同学,可以在京东读书中在线阅读,无需购买纸质版。 在学习过程中,我发现使用Unity Shader编写着色器非常方便,它很好地封装了渲染概念中的Pipeline、Pass等要点。因此,我萌生了一个想法:是否可以模仿Unity Shader来开发一款属于自己的渲染器呢?

必备的技术点 (不分先后)

  • 线性代数 - 在编写Shader时,了解线性代数是至关重要的,因为许多内置函数与线性代数相关,帮助你理解代码含义。
  • 图形学基础 - 了解图形学基础也是必要的,即使只对图形库的作用和渲染流程有基本了解。
  • 图形库API - 掌握图形库API是开发渲染器的核心,可以根据个人偏好选择适合自己的API,如OpenGL、Vulkan、DirectX等。
  • 编程基础 - 编程基础也是必备技能。

这些知识结合起来,可以帮助你更好地开发自己的渲染器。

项目搭建和所需依赖

  • Silk.NET.OpenGL - OpenGL 的 C# 包装器。
  • Silk.NET.Shaderc、Silk.NET.Shaderc.Native - 用于以 SPIR-V 方式编译 GLSL。注意,OpenGL 4.6 支持 SPV Shader。
  • Silk.NET.Windowing、Silk.NET.Input - 对 glfw、sdl 窗口进行包装,包含控制器输入(鼠标、键盘等)。
  • StbImageSharp - 用于解析图片。
  • Silk.NET.Assimp - 用于解析三维模型。
  • Silk.NET.Maths - 一个完善的数学库。
  • Hexa.NET.ImGui、Hexa.NET.ImGuizmo - ImGui 的 C# 包装器。

项目架构

  • TrContext.cs - 统一管理使用的 GL 和 GL 扩展的上下文。
  • TrShader.cs - 用于加载 Shader,支持 SPV 二进制文件和 Shader 字符串。
  • TrRenderPipeline.cs - 管理一条管线中的 Shader,并维护管线状态,如混合状态、重采样、深度测试、模板测试等。
  • TrRenderPass.cs - 管理多条管线和切换管线。
  • TrTexture.cs - 管理纹理和采样器属性。
  • TrFrame.cs - 创建并维护一个 Frame,支持多重采样。
  • TrScene.cs - 内置一个 Frame 的 ImGui 窗口,用于绑定渲染。
  • TrBuffer.cs - 使用 OpenGL 创建并维护内存,可设置内存优先级。
  • TrTransform.cs - 简易的矩阵变换类,支持平移、缩放、旋转。
  • TrCamera.cs - 相机类。
  • TrMesh.cs - 管理网格体的顶点数据和索引数据。
  • TrMaterial.cs - 渲染器的核心,管理着渲染管线和材质属性,负责进行网格的渲染。

项目中,所有材质和 Shader 按照书中的章节进行了分组管理。

使用 .NET 8.0 和 OpenGL 创建一个简易的渲染器

项目预览

  • 初始界面

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  • 窗体菜单

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  • 场景模型拾取和 Transform

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  • 漫反射场景

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  •  各类纹理渲染

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  • Shadertoy 网站的 shader 渲染,我抄了几个 Shadertoy BETA

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项目地址

qian-o/Triangle: OpenGL 实战项目。 (github.com)