OpenGL渲染管道

Posted 2022-09-09 thefist11

1. 基础知识

1.1 顶点数据(Vertex Data)

顶点数据是一系列顶点的集合。一个顶点(Vertex)是一个3D坐标的数据的集合。顶点数据是用顶点属性(Vertex Attribute)表示的，它可以包含任何我们想用的数据。
假定每个顶点只由一个3D位置(译注1)和一些颜色值组成。
eg.

float vertices[] = 
    -0.5f, -0.5f, 0.0f,
     0.5f, -0.5f, 0.0f,
     0.0f,  0.5f, 0.0f
;

1.2 顶点着色器(Vertex Shader)

它把一个单独的顶点作为输入。顶点着色器主要的目的是把3D坐标转为另一种3D坐标（后面会解释），同时可以对顶点属性进行一些基本处理。
它会在GPU上创建内存用于储存我们的顶点数据，还要配置OpenGL如何解释这些内存，并且指定其如何发送给显卡。顶点着色器接着会处理我们在内存中指定数量的顶点。

1.2 图元装配(Primitive Assembly)

任何一个绘制指令的调用都将把图元传递给OpenGL。eg. GL_POINTS、GL_TRIANGLES、GL_LINE_STRIP。
将顶点着色器输出的所有顶点作为输入（如果是GL_POINTS，那么就是一个顶点），并所有的点装配成指定图元的形状。

1.3 几何着色器(Geometry Shader)

把图元形式的一系列顶点的集合作为输入，它可以通过产生新顶点构造出新的（或是其它的）图元来生成其他形状。

1.4 光栅化阶段(Rasterization Stage)

几何着色器的输出会被传进来，这里它会把图元映射为最终屏幕上相应的像素，生成供片段着色器(Fragment Shader)使用的片段(Fragment)。在片段着色器运行之前会执行裁切(Clipping)。裁切会丢弃超出你的视图以外的所有像素，用来提升执行效率。

OpenGL中的一个片段是OpenGL渲染一个像素所需的所有数据。

1.5 片段着色器

主要目的是计算一个像素的最终颜色，这也是所有OpenGL高级效果产生的地方。通常，片段着色器包含3D场景的数据（比如光照、阴影、光的颜色等等），这些数据可以被用来计算最终像素的颜色。

Alpha测试和混合(Blending)阶段

在所有对应颜色值确定以后，最终的对象将会被传到最后一个阶段， 本阶段检测片段的对应的深度（和模板(Stencil)）值（后面会讲），用它们来判断这个像素是其它物体的前面还是后面，决定是否应该丢弃。这个阶段也会检查alpha值（alpha值定义了一个物体的透明度）并对物体进行混合(Blend)。所以，即使在片段着色器中计算出来了一个像素输出的颜色，在渲染多个三角形的时候最后的像素颜色也可能完全不同。