画个球啊(上)——纯C语言绘制圆球

更新时间：2024-12-22 22:03:57

很久以前，在知乎上浏览叶老师关于“精简代码”的回答，其中之一是用C语言绘制心形，这成为了我图形学学习的起点。最近我深入理解了这个方法，尝试制作了球体版本。下面就逐一介绍这些图形的原理和效果，源代码在文末链接。

首先，从基础开始——平面圆形。利用高中数学知识，圆形的方程是笛卡尔坐标系的产物，中心点在原点，半径为1。通过遍历屏幕上的每个坐标（行号，列号），代入方程判断，若结果小于等于0，输出字符（如'@'），大于0则留空，从而实现圆的绘制。这个过程在图形学中称为光栅化和像素操作。

平面圆形的变体是Level-Set版本，它类似等值线，通过划分圆内区域，根据f值的不同着以不同的符号，呈现出别样的效果。

3D球体的绘制则更为复杂，基于3D球体方程，增加了深度信息。图形学中的基本明暗处理模型——朗伯定律，决定了光线与表面的交互。我们通过计算法线向量和光线方向向量的余弦值，来确定每个像素的亮度。

球体的动画效果是通过改变光线方向实现的，从单一光源到光照动画，你可以模拟出光照变化的效果。

最后，源码已整理并放在GitHub上，包含在文件sphere.c中，附有详细的使用说明。虽然还有改进空间，但希望这些代码能启发你的探索。