[TinyRenderer] Chapter1 p1 Output Image
由于本文章是对TinyRenderer的模仿，所以并不打算引入外部库。
那么我们第一步需要解决的就是图形输出的问题，毕竟，如果连渲染的结果都看不到，那还叫什么Renderer嘛。
由于不引入外部库，所以选择输出的图片格式应该越简单越好，各种位图就成为了我们的首选。
这里我们选择了生态较好的bmp位图。
技术上，由于只使用C++，所以各种文件流就成了我们构建图片的唯一工具。
本章目标
输出一张保存了我们渲染结果的bmp位图
需求：
- 大小可以控制，也就是位图的尺寸可控
- 控制某个像素点的颜色，精准更改set()
- 对位图进行上下反转
实现
BMPImage.h
#ifndef BMP_IMAGE_H
#define BMP_IMAGE_H
#include <string>
#include <vector>
#pragma pack(push, 1)
struct BMPFileHeader
{
uint16_t bfType; // BMP文件的类型，必须为"B"然后是"M"
uint32_t bfSize; // 文件大小
uint16_t bfReserved1; // 保留字，必须为0
uint16_t bfReserved2; // 从文件头到实际位图数据的偏移字节数
uint32_t bfOffBits; // 信息头的大小
};
struct BMPInfoHeader
{
uint32_t biSize; // info head size
int32_t biWidth; // 图像宽度
int32_t biHeight; // 图像高度
uint16_t biPlanes; // 图像的位面数
uint16_t biBitCount; // 每个像素的位数
uint32_t biCompression; // 压缩类型
uint32_t biSizeImage; // 图像的大小，以字节为单位
int32_t biXPelsPerMeter; // 水平分辨率
int32_t biYPelsPerMeter; // 垂直分辨率
uint32_t biClrUsed; // 位图实际使用的颜色表中的颜色数
uint32_t biClrImportant; // 位图显示过程中重要的颜色数
};
#pragma pack(pop)
/**
* \brief custom the color format used
*/
enum ColorFormat
{
RGB,
CMYK
};
struct RGBPixel
{
uint8_t red;
uint8_t green;
uint8_t blue;
RGBPixel() : red(0), green(0), blue(0)
{
}
RGBPixel(uint8_t red, uint8_t green, uint8_t blue) : red(red), green(green), blue(blue)
{
}
};
class BMPImage
{
public:
BMPImage() = delete;
BMPImage(unsigned int width, unsigned int height, ColorFormat colorFormat = ColorFormat::RGB);
void loadData(std::vector<char>&& userData);
void generate(const std::string& fileName);
void loadDataAndGenerate(std::vector<char>&& userData, const std::string& fileName);
void set(int x, int y, RGBPixel pixel);
void flipVertically();
private:
BMPFileHeader fileHeader;
BMPInfoHeader infoHeader;
ColorFormat colorFormat;
std::vector<unsigned char> pixelData;
};
#endif
Important:
- 在组织bmp文件头的部分，一定要使用预处理宏
#pragma pack(push, 1)和#pragma pack(pop)，控制内存对齐方式为单字节，否则会由于编译器控制的内存对齐而导致文件格式错误，从而不能正确输出
BMPImage.cpp
#include "TinyRenderer/BMPImage.h"
#include <fstream>
#include <iostream>
BMPImage::BMPImage(unsigned width, unsigned height, ColorFormat colorFormat)
{
int rowSize = (width * 3 + 3) & (~3); // Ensure row size is a multiple of 4 bytes
int fileSize = rowSize * height + sizeof(BMPFileHeader) + sizeof(BMPInfoHeader);
// Set BMP file header
fileHeader.bfType = 0x4D42; // 'BM'
fileHeader.bfSize = fileSize;
fileHeader.bfReserved1 = 0;
fileHeader.bfReserved2 = 0;
fileHeader.bfOffBits = sizeof(BMPFileHeader) + sizeof(BMPInfoHeader);
// Set BMP info header
infoHeader.biSize = sizeof(BMPInfoHeader);
infoHeader.biWidth = width;
infoHeader.biHeight = height;
infoHeader.biPlanes = 1;
infoHeader.biBitCount = 24;
infoHeader.biCompression = 0;
infoHeader.biSizeImage = rowSize * height;
infoHeader.biXPelsPerMeter = 0;
infoHeader.biYPelsPerMeter = 0;
infoHeader.biClrUsed = 0;
infoHeader.biClrImportant = 0;
// Initialize pixel data
pixelData.resize(rowSize * height, 0);
}
// not important now
void BMPImage::loadData(std::vector<char>&& userData)
{
// TODO: load image
}
void BMPImage::generate(const std::string& fileName)
{
std::ofstream file(fileName, std::ios::out | std::ios::binary);
if (!file)
{
std::cerr << "Error: Unable to open file for writing." << std::endl;
return;
}
// Write headers
file.write(reinterpret_cast<const char*>(&fileHeader), sizeof(fileHeader));
file.write(reinterpret_cast<const char*>(&infoHeader), sizeof(infoHeader));
// Write pixel data
file.write(reinterpret_cast<const char*>(pixelData.data()), pixelData.size());
file.close();
}
void BMPImage::loadDataAndGenerate(std::vector<char>&& userData, const std::string& fileName)
{
}
void BMPImage::set(int x, int y, RGBPixel pixel)
{
if (x < 0 || y < 0 || x >= infoHeader.biWidth || y >= infoHeader.biHeight)
{
throw std::out_of_range("Pixel coordinates are out of bounds");
}
int rowSize = (infoHeader.biWidth * 3 + 3) & (~3);
int index = (infoHeader.biHeight - 1 - y) * rowSize + x * 3;
pixelData[index] = pixel.blue;
pixelData[index + 1] = pixel.green;
pixelData[index + 2] = pixel.red;
}
void BMPImage::flipVertically()
{
int width = infoHeader.biWidth;
int height = infoHeader.biHeight;
int rowSize = (width * 3 + 3) & (~3);
for (int y = 0; y < height / 2; ++y)
{
int topIndex = y * rowSize;
int bottomIndex = (height - 1 - y) * rowSize;
for (int x = 0; x < rowSize; ++x)
{
std::swap(pixelData[topIndex + x], pixelData[bottomIndex + x]);
}
}
}
测试
main.cpp
#include "TinyRenderer/TinyRenderer.h"
#include "TinyRenderer/BMPImage.h"
int main()
{
BMPImage image(100, 100, ColorFormat::RGB);
RGBPixel white(255, 255, 255);
image.set(22, 77, white);
image.flipVertically();
image.generate("test.bmp");
std::cout << "Image Generated." << std::endl;
return 0;
}
请忽略TinyRenderer/TinyRenderer.h，里面仅是一些头文件。
输出结果
你能看到那个白点吗？那是我们的起点。