[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0uint16_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 sizeint32_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 bytesint fileSize = rowSize * height + sizeof(BMPFileHeader) + sizeof(BMPInfoHeader);// Set BMP file headerfileHeader.bfType = 0x4D42; // 'BM'fileHeader.bfSize = fileSize;fileHeader.bfReserved1 = 0;fileHeader.bfReserved2 = 0;fileHeader.bfOffBits = sizeof(BMPFileHeader) + sizeof(BMPInfoHeader);// Set BMP info headerinfoHeader.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 datapixelData.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 headersfile.write(reinterpret_cast<const char*>(&fileHeader), sizeof(fileHeader));file.write(reinterpret_cast<const char*>(&infoHeader), sizeof(infoHeader));// Write pixel datafile.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。