渲染管线详解-526互联

渲染管线

这是我在找工作过程中总结准备的。第二篇讲得很细。可能后面由更深理解时再重写或者更改。

应用程序阶段

CPU负责，对数据进行处理，剔除。为GPU输入对应物体的渲染状态（纹理，材质，着色器）。将数据输入渲染管线。
CPU对GPU发指令Drawcall 批处理
输入图元、shader以及shader属性、贴图。通过DrawCall传入：设置渲染状态-》绘制图元数据-》结束DrawCall

顶点数据完全可控

输入装配阶段，顶点坐标、顶点颜色、顶点法线、纹理坐标。可以在片元阶段阶段计算片段光照信息输出到颜色缓冲器。顶点数据在流水线中以图元形式处理。用顶点缓存对象(Vertex Buffer O)共享顶点。

几何处理阶段

GPU主导，开始进入流水线
顶点着色器、投影变换、裁剪、屏幕映射。

顶点着色器完全可控

执行着色器的地方叫做SM，顶点着色器以及片元着色器都是在这一部分运算。warp就是由32个线程组成的线程束，是SM的基本单位。shader用到的warp越多越快。
顶点变换和顶点着色，局部坐标通过模型矩阵变换到世界坐标，世界坐标通过观察矩阵变换到观察坐标，观察坐标通过投影矩阵到裁剪坐标。（在图元组装部分进行）裁剪坐标通过投射除法到标准设备空间坐标，NDC通过视口变换到窗口坐标。
光照计算一般在世界空间进行，存在非均匀变换则需要通过矩阵逆的转置进行法线变换。
裁剪空间就是一个以原点为中心的立方体，不在裁剪空间的图元就会被裁剪。
正交投影
透视投影，使用齐次坐标，在透视除法阶段获得NDC坐标，由硬件自动完成。

Flat Shading 由一个顶点颜色作为整个三角形的颜色。
Gouraud Shading 逐顶点着色在顶点着色器完成，在光栅化阶段插值得到各片段的光照信息。但高光结果不行，因为高光不是线性变化的。
Phong Shading 逐片段着色，根据输入的顶点法线信息在光栅化阶段进行法线插值，然后在片段着色器中计算光照信息。

曲面细分着色器

镶嵌化技术进行三角形细分，增加三角形的数量。可选。由外壳着色器、镶嵌器、域着色器。
贴图置换
不使用高模是因为：1.可以通过GPU实现动态LOD 根据物体和相机之间的距离调整细节随着距离拉近可以连续镶嵌化处理增加细节。2.节约内存

几何着色器完全可控

可选完整的图元输入数据输出可能输出多个图元也可能不输出。将一个点扩展成一个四边形。公告栏效果。

图元组装

将输入的顶点组装成指定的图元。在光栅化前，通过裁剪和背面剔除为光栅化提供在视锥体中的图元。（下一步）还会进行透视除法以及窗口转换
裁剪完全位于视锥体外的图元会裁剪部分位于视锥体的图元则是裁剪在边界处增加新的顶点。
但实际上不裁剪直接传入光栅化。只做保护带裁剪，将超出视口但不会产生整数型精度溢出的部分称为保护带。

裁剪使用的是齐次坐标则通过透视除法得到NDC，再通过视口转换得到屏幕坐标。

背面剔除剔除那些背对摄像机的图元，根据环绕顺序，逆时针为正。或者通过行列式。