一、导言
3D芯片的处理对象是多边形表明的物体。用多边形表明物体有两个长处：首要是直接(虽然繁琐)，多边形表明的物体其外表的分段线性特征除概括外能够经过明暗处理(shading)技能消除;其次是仅存储多边形极点的几许信息，多边形内部每个象素的明暗色彩核算所需的信息由这些极点信息插值而来，这正是易于用图形硬件支撑的快速明暗处理技能。支撑多边形制作的图形硬件相同也能够制作由双三次曲面片表明的物体，经过对这种物体的外表进行三角剖分，用迫临的三角形网格替代原物体的曲面表明就能够做到这一点。当然，用多边形表明物体也有其缺点，如添加了纹路映射和暗影生成的难度，当需求具体表明杂乱物体时所需的三角形数量将变得十分巨大。
将多边形表明的物体显现到核算机屏幕上，这一进程触及物体在核算机内部的表明办法即物体的数据结构，由物体组成的场景的安排结构，物体从场景到屏幕空间要经过的一系列改换，以及发生终究屏幕图象要经过的一系列光栅化处理。这些方面都触及到特定的处理算法,相应的算法又有许多不同的变种。下面仅就3D芯片触及的图形处理进程及相关算法做一简略剖析介绍，这些是了解3D图形处理及图形硬件的根底。
二、3D物体的表明法
具有杂乱外形的物体其外表能够由多边形面片来近似表明。以图1的圆柱为例，其柱面能够由2N个三角形近似，其两头能够由两个N边形来近似。多边形模型在其概括上的分段线性特征是这一表明法首要的视觉缺点,改善的仅有途径是添加多边形的分辨率。关于一个杂乱形体来说，为了充沛表明其细节，常常要用到十万个以上的多边形。这将消耗许大都据库拜访时刻和制作时刻。当将多边形模型进行扩大处理时，会发生衔接问题。这便是所谓的“几许走样”。物体的多边形表明既能够经过交互规划人工提取，也能够经过激光扫描设备得到。总归，多边形表明的物体并不特别适合于交互操作或做自在的形状改动。当改动物体的形状时很难确保多边形表明的完整性得到坚持。
对多边形明暗上色所需求的信息存储在一个分层的数据结构中，每一个物体外表由指向多边形表的指针界说，该多边形表包括了近似该外表的一组多边形，每一个多边形由指向极点表的指针界说，极点表包括了每个多边形的一切极点。具体来说需求为每个多边形存储以下信息:
1)多边形的极点表，每一个极点是一个三维坐标，该坐标界说在创立该物体时的部分坐标系中。
2)极点的法向量表，这是明暗处理算法所要求的信息。向量由同一部分坐标系中的三重量表明。
3)多边形的法向量，它是包括该多边形的平面的真实的几许法向量。这是反面删去操作所需求的信息。
制作多边形物体的传统办法是将多边形作为独立的制作实体，这样多边形之间的同享边就要被处理两次。为防止这种状况，可选用根据边的制作办法，这时多边形的表明是根据多边形的边而不是多边形自身。根据边的办法意味着制作进程的安排要选用根据扫描线的算法，根据扫描线的算法将一起处理与当时扫描线相交的一切多边形。这时存储器中能存储的可被一起处理的多边形的最大数目将成为可制作的场景杂乱度的上限。运用全屏Z-buffer并将扫描线算法约束在物体所包括的多边形上就能够处理这一问题。
三、坐标体系
制作进程的几许处理部分可被当作运用一系列的坐标改换将物体数据库改换到一系列的坐标系下，这些坐标系对一切制作体系都是共用的，是了解3D图形学的根底。用核算机生成图象的一系列根本操作与制作进程要阅历的一系列空间即坐标系有关。跟着制作进程的进行处理将从一个空间进入下一个空间。已完整地树立起描绘这些改换的办法。在对物体施行改换时期望对极点和极点的法向量运用相同的改换矩阵。事实上，当改换在一切方向并不相一起，极点法向量有必要选用不同的改换矩阵。因为单位法向量经过改换之后其长度不一定仍坚持不变，因此有必要对其进行从头单位化处理(单位法向量是光照核算所要求的)。
1.部分坐标系(部分空间)
为了建模和进行部分改换的便利可选择被建模物体之内或邻近的某一点作为部分坐标系的原点。例如可选择一个立方体的某一极点作为坐标原点，三个坐标轴便是与该极点相连的立方体的三条边。在部分坐标系选定之后，物体各极点的部分坐标以及相关于该部分坐标系的各极点的法向量和物体上多边形的法向量就能够被提取并存储起来。
2.国际坐标系(国际空间)
当每一个物体在其部分坐标系中被树立起来之后，就需求将其放置到即将制作的场景之中。组成场景的每个物体都有自己独立的部分坐标系。整个场景的坐标系便是所谓的国际坐标系。场景中的一切物体都有必要从自己的部分坐标系中改换到国际坐标系中以界说场景中物体之间的空间相对联系。假如一个物体在场景中被界说为运动的，则有必要为该物体界说一个随时刻改变的改换序列以便在每一帧将该物体改换到国际坐标系中的不同方位。场景中的光源也在国际坐标系中界说。假如光照核算是在国际空间中进行，则对物体法向量的改换到此为止。对物体外表特点如纹路、色彩等的界说和调整也在国际空间中进行。
3.眼睛坐标系、相机坐标系或调查坐标系(眼睛空间)
眼睛坐标体系是用来树立对国际空间进行调查时的调查参数和调查规模的。在图形学中通常用设想的相机来辅佐对调查体系的了解。一个设想的相机能够以恣意方向放置在国际空间的任何方位，胶片平面在图形学中便是调查平面，也便是场景将投影到其上的平面。树立一个遍及适用的调查空间适当繁琐，在大都状况下是对眼睛坐标空间做许多约束。一个最小的有用体系能够这样树立，首要要求眼睛坐标系的原点和投影中心是国际坐标系中的同一个坐标点;其次要求调查平面的法向量和调查方向在眼睛空间中与Z坐标轴重合;最终，调查方向有必要是这样的，当相机朝着Z轴的正向时Z值的添加将远离眼睛的方位，一起在左手坐标系的前提下，X 轴指向右，Y轴向上。满意这一要求的体系就能够使设想的相机以任何调查方向放置在国际坐标空间中的任何方位。图2 是有关坐标系之间的联系。
眼睛坐标系是最适合做反面删去的空间。反面删去操作是将背对调查者的多边形悉数除掉，在场景中这些多边形关于调查者来说是不行见的。假如对一个凸物体做反面删去，则能够彻底处理其躲藏面问题。关于具有凹面的物体而言这一操作并不能处理躲藏面问题。反面删去操作是经过核算多边形地点平面的法向量与视野向量之间的夹角来决议该平面是否可见。假如这两个向量的点积大于0，意味着其夹角小于90o 即该多边形是可见的，否则为不行见。视野向量是从多边形指向角度的向量。多边形平面的法向量可经过其不共线的三个极点核算而得。多边形的法向量有必要指向物体的外部，为确保这一点，多边形的极点有必要以反时针方向(从多边形外部看时)次序存储。如图3所示。
