簡單梳理渲染管線

圖形渲染管線

應(yīng)用程序階段

主要任務(wù)是在應(yīng)用程序階段的末端，將需要在屏幕上顯示出來繪制的集合體（如點(diǎn)、線、矩陣等）輸入到繪制管線的下一個階段。

對于被渲染的每一幀，應(yīng)用程序階段將攝像機(jī)位置，光照和模型的圖元輸出到管線的下一個主要階段——幾何階段。

幾何階段

可以劃分為一下幾個功能階段：

模型視圖變換 Model & View Transform：分為模型變換和視圖變換，模型變換即旋轉(zhuǎn)、平移、縮放，視圖變換可以理解為將模型轉(zhuǎn)到相機(jī)坐標(biāo)系下。

頂點(diǎn)著色 Vertex Shading：確定模型上頂點(diǎn)處材質(zhì)的光照效果。

投影 Projection：將視體變換到規(guī)范立方體（Canonical View Volume，CVV）中，模型位于歸一化設(shè)備坐標(biāo)系中（NDC）。分為正交投影和透視投影，Z 坐標(biāo)將不會再保存于的得到的投影圖片中，所以就是將模型從三維空間投射到了二維的空間中的過程。

裁剪 Clipping：對部分位于視體內(nèi)部的圖元進(jìn)行裁剪操作。

屏幕映射 Screen Mapping：將之前得到的坐標(biāo)映射到對應(yīng)的屏幕坐標(biāo)系上。

光柵化階段

可以分為以下幾個功能階段：

三角形設(shè)定（Triangle Setup）階段：計算三角形表面的差異和三角形表面的其他相關(guān)數(shù)據(jù)。

三角形遍歷（Triangle Traversal）階段：找到哪些采樣點(diǎn)或像素在三角形中的過程。

像素著色（Pixel Shading）階段：所有逐像素的著色計算都在像素著色階段進(jìn)行，使用插值得來的著色數(shù)據(jù)作為輸入，輸出結(jié)果為一種或多種將被傳送到下一階段的顏色信息。紋理貼圖操作就是在這階段進(jìn)行的。

融合（Merging）階段：合成當(dāng)前儲存于緩沖器中的由之前的像素著色階段產(chǎn)生的片段顏色。此外，融合階段還負(fù)責(zé)可見性問題（Z 緩沖相關(guān)）的處理。

GPU渲染管線

綠色的階段是完全可編程的

黃色的階段可配置，但不可編程

藍(lán)色的階段完全固定

頂點(diǎn)著色器（The Vertex Shader）

是完全可編程的階段，頂點(diǎn)著色器可以對每個頂點(diǎn)進(jìn)行諸如變換和變形在內(nèi)的很多操作，提供了修改/創(chuàng)建/忽略頂點(diǎn)相關(guān)屬性的功能，這些頂點(diǎn)屬性包括顏色、法線、紋理坐標(biāo)和位置。頂點(diǎn)著色器的必須完成的任務(wù)是將頂點(diǎn)從模型空間轉(zhuǎn)換到齊次裁剪空間。

幾何著色器（The Geometry Shader）

位于頂點(diǎn)著色器之后，允許 GPU 高效地創(chuàng)建和銷毀幾何圖元。幾何著色器是可選的，完全可編程的階段，主要對圖元（點(diǎn)、線、三角形）的頂點(diǎn)進(jìn)行操作。幾何著色器接收頂點(diǎn)著色器的輸出作為輸入，通過高效的幾何運(yùn)算，將數(shù)據(jù)輸出，數(shù)據(jù)隨后經(jīng)過幾何階段和光柵化階段的其他處理后，會發(fā)送給片段著色器。

裁剪（Clipping）

屬于可配置的功能階段，在此階段可選運(yùn)行的裁剪方式，以及添加自定義的裁剪
面。

屏幕映射（Screen Mapping）、三角形設(shè)置（Triangle Setup）和三角形遍歷（Triangle Traversal）階段是固定功能階段。

像素著色器（Pixel Shader）

像素著色器（Pixel Shader， Direct3D 中的叫法）常常又稱為片斷著色器，片元著色器(FragmentShader， OpenGL 中的叫法)，是完全可編程的階段，主要作用是進(jìn)行像素的處理，讓復(fù)雜的著色方程在每一個像素上執(zhí)行。

合并階段（The Merger Stage）

處于完全可編程和固定功能之間，盡管不能編程，但是高度可配置，可以進(jìn)行一系列的操作。其除了進(jìn)行合并操作，還分管顏色修改（Color Modifying）， Z 緩沖（Zbuffer），混合（Blend），模板（Stencil）和相關(guān)緩存的處理。

來源：《Real-Time Rendering 3rd》提煉總結(jié)

審核編輯 黃昊宇