第二章 渲染流水线 （下）

Posted 2020-12-07 nicela

GPU流水线

   上次已经说到GPU从CPU那里得到渲染命令，GPU渲染的过程就是GPU流水线。

     虽然我们无法完全控制这两个?个阶段的实现细节,但GPU向开发者开放了很多控制权。

一.整体认识

    这两个阶段可以分成若干个小的流水线

 

二.几何阶段（输出的信息是屏幕坐标系下的顶点位置以?及和它们相关的额外信息，如深度值（Z坐标）、法线方向、视角方向等。）

顶点着色器：

对象：输入进来的每一个顶点都要调用一次此着色器

权限：完全可编程，该shader必须由开发者编程完成

限制：无法创造和删除任何顶点，无法得到顶点之间的关系。

优点：速度快

作用：顶点空间变化（模拟水面和布料等，把顶点坐标从模型空间转换到齐次裁剪空间）顶点着色，逐顶点光照，

 

曲面细分着色器：

权限：可选着色器

作用：细分图元

几何着色器：

权限：可选着色器

作用：执行逐图元的着色操作，或产生更多的图元

裁剪：

权限：可配置

作用：剪掉不在摄影机视野范围内的顶点，可自定义裁剪平面配置裁剪区域（比如裁正面还是反面）

三种情况：

一个图元和摄像机视野的关系有3种：完全在视野内、部分在视野内、完全在视野外。完全
在视野内的图元就继续传递给下一个流水线阶段，完全在视野外的图元不会继续向下传递，因为
它们不需要被渲染。而那些部分在视野内的图元需要进行一个处理，这就是裁剪。例如，一条线
段的一个顶点在视野内，而另一个顶点不在视野内，那么在视野外部的顶点应该使用一个新的顶
点来代替，这个新的顶点位于这条线段和视野边界的交点处。

屏幕映射：

来源：三维坐标系的坐标

输出：屏幕坐标系

权限：不可配置和编程

作用：图元坐标转换成屏幕坐标

三.光栅化阶段（目的：计算每个图元覆盖了哪些像素，以及为这些像素计算它们的颜色。）

三角形设置：固定函数

解释：一个计算三角网格表示数据的过程

可以理解为将上个阶段的顶点，得到边界信息（变成三角形网格），方便以后判断像素是否被覆盖

三角形遍历：固定函数、

理解：扫描看哪些像素被覆盖

 

 

 

 

这一步的输出就是得到一个片元序列。需要注意的是，一个片元并不是真正意义上的像素，?而是包含了很多状态的集合，这些状态用于计算每个像素的最终颜色。这些状态包括了（但不限?于）它的屏幕坐标、深度信息，以及其他从几何阶段输出的顶点信息，例如法线、纹理坐标等。 

片元着色器：

输入：上一个阶段对顶点信息插值得到的结果。

输出：一个或者多个颜色值

渲染技术：纹理釆样（其中最重要），

这一阶段可以完成很多重要的渲染技术，其中最重要的技术之一就是纹理釆样。为了在片元
着色器中进行纹理采样，我们通常会在顶点着色器阶段输出每个顶点对应的纹理坐标，然后经过
光栅化阶段对三角网格的3个顶点对应的纹理坐标进行插值后，就可以得到其覆盖的片元的纹理

权限：完全可编程

作用：逐片元着色。

逐片元操作：

任务：

(1) 决定每个片元的可见性。这涉及了很多测试工作，例如深度测试、模板测试等。
(2) 如果一个片元通过了所有的测试，就需要把这个片元的颜色值和已经存储在颜色缓冲区
中的颜色进行合并，或者说是混合。

权限：不可编程，但有很高的可配置性

作用：例如修改颜色，深度缓冲，进行混合等