Minecraft Mini Renderer

本页面用于项目《基于 OpenGL 的 Minecraft 世界渲染器》展示。

渲染器基于 C++ 与 OpenGL，由本人独立完成。（2024.9~至今）

截至目前的最终渲染结果如下

下面按时间顺序来展示各阶段进行的工作与结果。

OpenGL 基础功能

一切的开始！起初这只是一个 OpenGL 学习项目（直到现在项目目录都是LearnOpenGL）

用 OpenGL 渲染一个草方块，并编写 shader 应用 Blinn-Phong 光照模型。

后面发现了很多问题并修正：

1. 纹理图案在边界处异常，原因是下载的纹理图案有模糊处理，替换成原图后正常。
2. 当时实现的实际是 Phong 光照模型，specular 分量的计算未用到半程向量，后修正（顺便一提，GAMES202 的作业框架也存在此错误，且作业1中 specular 颜色值传入了 0，实际计算出的 specular 分量为 0，可能就因此没被助教们发现？）

实现基于 Perlin 噪声的区块生成器，并启用 ImGui 进行调试。场景中只有单个区块(32×32)。

至此性能问题就被充分暴露了：由于我每个方块都调用了一次draw call，因此上面的简单场景也只有10hz，如果场景中有多个区块将是个灾难。

性能优化

主要的优化步骤总结为如下三步：

1. 每个区块类内维护一个 VAO，在渲染该区块时只执行一次draw call
2. 只对接触到空气的面加入到 vertices 和 indices 数组，实际很多面不需要绘制（藏在泥土中的，以及两个相邻方块的接触面）。
3. 启用背面剔除

在解决了以上问题后，可以生成多个区块了，并加入了 GAMES202 中介绍的阴影算法（shadow map, PCF, PCSS）

在图下方的方块边缘处阴影缺了一块，这与修复 Shadow Acne 设置的 bias 有关。

修正世界生成逻辑，改用 Simplex 噪声，并添加了花草，结果如上图。

考虑到花草和方块的渲染逻辑不同，后续也会使用不同的 shader ，本人将代码进行了重构。重构后一个区块可拥有多个 VAOs，且花草、方块以及后面加入的水面可以用不同的 shader 来渲染。

加入水方块，并对水流使用不同的渲染逻辑(透明物体最后渲染)，并在 vertex shader 中模拟水的流动(Gerstner waves)

后处理

后处理主要在屏幕空间完成，即利用 FBO 的渲染结果以及深度进行图像处理。

水上雾化效果和水中漫游效果(Screen Space Fog)，利用 FBO 的深度值来计算混合颜色。

Bloom效果展示，利用 Gaussion Blur 对一张高亮图模糊化，并加到原图上。

除此之外，还加入了以下调节：亮度、对比度、饱和度、锐度(已移除)、Gamma校正等

Tone Mapping，实现并比较了各种方法的结果，个人比较喜欢 CE 和 Filmic 。

总结

以上就是本人的 Minecraft Mini Renderer 的暂时进展。后续会加入更多内容，如 Cascade Shadow Map，MSAA，玩家模型等，本页面也将持续更新。

GitHub 链接：https://github.com/dhui626/LearnOpenGL