从零开始手敲次世代游戏引擎（三十三）

本篇我们来实现场景图的计算。

首先我们需要重构一下我们的SceneNode和SceneObject，让我们的GraphicsManager能够比较方便地获取场景几何体的空间位置。

相关的调整代码在article_33分支的 commit baefd06a 当中。

执行的效果如下：

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可以看到几何体不再重合在一起了。但是几何体的位置与我们在Blender里面设置的不同。这是因为我们没有采用Blender当中设置的相机进行渲染。（Blender采用的是右手坐标系且Z轴垂直向上）

于是接下来我们进行相机的导入，并使用0号相机（第一个相机）输出画面。相关的代码在article_33分支当中通过 commit c6b39c2ab提交。执行的效果如下：

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在执行这一步的时候，我遇到的主要的难关是Blender所导出的相机的矩阵是相机本身的平移与旋转矩阵（位置矩阵）。这个矩阵与View Matrix（就是将场景物体从世界坐标系变换到相机坐标系的矩阵）的关系是求逆的关系。因此我需要在我们之前写的数学库（GeomMath）当中添加矩阵求逆的函数。（参考引用*1）

在使用ispc进行矩阵求逆的函数编写的时候，遇到了下面这么一个问题：

在上面这段代码当中，foreach_tiled当中计算的inv[]矩阵，在foreach_tiled循环体当中看的时候（打印输出log）是正确的，但是到了下一个foreach当中，内容就变成随机的了。调查了一段时间之后，发现是因为inv[]矩阵未被申明为uniform类型。也就是说，按照上面这个写法，其实每个并行计算的instance都会有一个inv[16]，其中只有一个数组成员会被赋值，其他的都是随机内容（未初始化）。而后面的foreach因为gang（就是单次并行运算所包括的instance数量）与前面的不同，这个inv似乎会重新分配，内容就更加不可预测了。

解决的方法很简单，因为我们实际是想让各个并行计算线程共享inv[]，每个线程计算填写16个值当中的一个，所以只要把inv[]申明为uniform就可以了。

当然，如果觉得并列化计算不好理解或者不想用ispc，完全可以用纯粹的c/c++编写。方法参照(参考引用*2)

在编写数学相关的函数的时候，我们往往需要验证结果是否正确。这可以通过对比外部计算工具的结果来实现。矩阵相关的常用的有matlab，但是这个是个商业软件。Wolfram Alpha（参考引用*5）是一个强大的计算网站，如果你知道该怎么用英文描述你的数学问题，那么它能够帮你做完差不多所有的高数题，包括具体的解题步骤 ( ‘ω’ )

接下来是导入光照。我们这里首先导入经典的Phong全局照明模型。（参考引用*4）

为了实现Phong光照，我们首先需要从Blender导出的OGEX当中导入光照参数，然后将这个参数传递给Shader。然后我们在Shader当中需要根据Phong模型的公式进行计算。commit f3f66a6加入了Phong的Defuse（漫反射）计算部分，而commit a3844920加入Phong的Specular（高光）计算部分。调整后的PS Shader代码如下：（注意VS Shader也有小范围修改，主要是导出未经透视变化的摄像机坐标系当中的顶点位置，用来在PS Shader当中确定入射光和反射光方向）

下图是只有漫反射的效果：