SoftGLRender笔记：简介

目录

• 简介
• 各模块特色
• 目录结构
• 资源
  • 第三方库

简介

SoftGLRender是一个跨平台的软件渲染器，实现了GPU渲染管线的主要步骤，通过C++模拟顶点着色器、片元着色器. 支持实时切换软件/OpenGL/Vulkan模式渲染.

可通过改项目，学习和了解现代图形编程.

特点：

1. 完整的 GPU 渲染管线实现

• 纯C++实现GPU渲染核心流程：顶点处理、光栅化、深度测试、纹理采样、颜色混合等；
• 模拟顶点着色器（Vertex Shader）、片元着色器（Fragment Shader），帮助理解现代图形API；

2. 多种渲染后端支持：软件、OpenGL、Vulkan

• 软件渲染器：完全基于CPU计算，不依赖GPU，适合学习光栅化原理；
• OpenGL/Vulkan渲染器：提供现代图形API实现；
• 运行时实时切换

3. 支持标准3D模型格式

• Assimp库加载glTF/OBJ/FBX等模型，支持网格、材质、纹理等数据解析；
• GLM数学库处理矩阵变换、投影、光照等计算；

4. 实现核心图形技术

• 三角形光栅化
• 深度缓冲（Z-Buffer） 解决遮挡问题
• 双线性纹理过滤 改善贴图锯齿
• Alpha混合 实现透明效果
• Phong光照模型

各模块特色

渲染管线（Pipeline）

• 顶点着色
• 视锥剔除（线段 & 三角形）
• 透视校正插值
• 背面剔除
• 点/线/三角形光栅化
• 片元着色
• 着色器导数计算（dFdx/dFdy）
• 深度测试 & Alpha 混合
• 提前深度测试 & 反向 Z 缓冲
• 4x 多重采样抗锯齿（MSAA）

纹理映射（Texture Mapping）

• Mipmap 生成与采样
• 采样参数：LOD（细节层级）、Bias（偏移）、Offset（坐标偏移）
• 多种纹理过滤 & 环绕模式
• 图像存储布局（Tiling & Swizzling）
• 线性布局（Linear）：像素按行连续存储（常用于 RGBA 缓冲区）
• 分块布局（Tiled）：按块存储，块内像素线性排列
• Morton 布局：按块存储，块内像素按 Z 形曲线排列

优化（Optimization）

• 多线程：基于分块的光栅化，支持多线程并行处理
• SIMD 加速：重心坐标计算、着色器变量插值等

查看器功能（Viewer）

• 基于 ImGui 的配置面板
• 轨道摄像机控制器
• Blinn-Phong 光照
• PBR & 基于图像的照明（IBL）
• 天空盒（立方体贴图 & 等距柱状投影）
• 阴影映射（Shadow Mapping）
• FXAA 抗锯齿
• 集成 RenderDoc 帧捕获（应用内调试）

目录结构

• assets: GLTF模型和天空盒纹理，assets.json是所有模型和天空盒材质的索引
• src: 主要代码目录
  • Base: 基础工具类，如文件（file）, 哈希(hash), 定时器(timer)等.
  • Render: 渲染器抽象层，包含顶点(vertex)、纹理(texture)、统一变量(uniform)、帧缓冲(framebuffer)等
  • Software: 软件渲染器实现
  • OpenGL: OpenGL渲染器实现
  • Vulkan: Vulkan渲染器实现
  • Viewer: GLTF加载（基于Assimp）、相机与控制(camera & controller)、配置面板(configpanel)、渲染通道管理(render pass management)
  • Shader/GLSL: GLSL着色器源码
• screenshot: 存放运行时截图
• third_party: 第三方库(libraries)和资源(assets)

根目录如下图：

资源

Github源码地址：https://github.com/keith2018/SoftGLRender

第三方库

• assimp https://github.com/assimp/assimp

开源的跨平台3D模型导入库，用于加载多种格式的3D模型文件，并将其转换为统一的内部数据结构，方便在图形应用程序中使用.

• glfw https://github.com/glfw/glfw

跨平台的开源库，主要用于创建窗口、处理输入（如键盘、鼠标、手柄等）以及管理 OpenGL 上下文.

注：与GLEW不同，GLEW是一个用于处理 OpenGL 扩展的库. 早期OpenGL功能有限，主要由显卡驱动提供OpenGL核心功能，但额外功能通常由扩展方式提供.

glfw使用可参见：https://easyvulkan.github.io/

• glm https://github.com/g-truc/glm

开源C++数学库，专门为图形编程设计，提供与 GLSL高度一致的接口. 支持向量、矩阵运算、几何变换、四元数等核心数学功能.

• glslang https://github.com/KhronosGroup/glslang

由Khronos Group维护的开源工具库，用于GLSL的解析、验证和中间表示（IR）生成. 它是Vulkan的着色器编译工具链（如glslc和SPIR-V 生成）的核心组件，也广泛应用于OpenGL、Vulkan和其他图形API的着色器处理.

• imgui https://github.com/ocornut/imgui

ImGui（Immediate Mode GUI），轻量级、高性能的C++ GUI库，专为游戏、工具和实时应用设计. 由Omar Cornut开发并开源，广泛应用于调试工具、编辑器、3D渲染器等场景.

• json11 https://github.com/dropbox/json11

轻量级、高性能的 C++11 JSON 解析与序列化库，由 Dropbox 开发. 以简洁的 API 设计、0外部依赖和高性能著称，特别适合嵌入式系统或需要快速集成JSON功能的 C++项目.

• stb_image https://github.com/nothings/stb

属于stb系列开源库，用于图像加载、解码. 以单头文件（header-only）设计、无外部依赖、高性能著称，广泛用于游戏开发、图形应用和嵌入式系统.

• vma https://github.com/GPUOpen-LibrariesAndSDKs/VulkanMemoryAllocator*

VMA（Vulkan Memory Allocator），开源Vulkan内存管理库，由GPUOpen（AMD主导）开发，用于简化Vulkan的GPU内存和CPU内存分配.