什么是渲染管線

渲染管線也叫渲染流水線，一般我們將渲染流程分成3個階段：

• 應(yīng)用階段
  應(yīng)用階段的功能通常由CPU負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)，開發(fā)者具有對這個階段的絕對控制權(quán)。應(yīng)用階段開發(fā)者由3個任務(wù)：1.準(zhǔn)備好場景數(shù)據(jù)(攝像機(jī)，視錐體，模型，光源等)
  2.為了提高渲染性能，我們在這里會做一些剔除工作
  3.設(shè)置渲染狀態(tài)，例如模型的顏色，紋理，使用哪個shader等
  這一階段最重要的是輸出渲染所需要的幾何信息

• 幾何階段
  幾何階段處理所有和我們要繪制的幾何相關(guān)的事情。決定需要繪制的圖元是什么，怎么樣繪制它們，在哪里繪制它們。這一階段通常在GPU上進(jìn)行。幾何階段會做哪些事情呢，如下圖所示

  1.頂點(diǎn)著色器：是流水線的第一個階段，它的輸入來自CPU。頂點(diǎn)著色器處理的單位是頂點(diǎn)，也就是說，輸入進(jìn)來的每個頂點(diǎn)都會調(diào)用一次頂點(diǎn)著色器。頂點(diǎn)著色器完成2個工作：
  （1）坐標(biāo)變換
  就是對頂點(diǎn)的坐標(biāo)進(jìn)行某種變換。當(dāng)然，必須要做的變換是將頂點(diǎn)坐標(biāo)從模型空間轉(zhuǎn)換到齊次裁剪 空間。 當(dāng)然我們可以自己加入很多頂點(diǎn)變換，如，模擬水面的頂點(diǎn)擾動，布料模擬的頂點(diǎn)計(jì)算等
  （2）逐頂點(diǎn)光照
  2.曲面細(xì)分著色器（非必須）：
  3.幾何著色器(非必須)：
  4.裁剪：由于我們場景會很大，而攝像機(jī)的視野范圍很有可能不會覆蓋所有的場景物體，不在視野范圍內(nèi)的不需要處理，裁剪就是為了完成這個目的。
  5.屏幕映射：將空間坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為屏幕坐標(biāo)

• 光柵化階段
  這一階段會使用幾何階段傳遞的數(shù)據(jù)來產(chǎn)生屏幕上的像素，并渲染出最終的圖像。這一階段也子啊GPU上運(yùn)行。
  1.三角形設(shè)置：計(jì)算光柵化一個三角形所需要的網(wǎng)格信息
  2.三角形遍歷: 三角形遍歷階段檢查每個像素是否被一個三角形網(wǎng)格所覆蓋。如果被覆蓋的話，就會生成一個片元。
  3.片元著色器：片元著色器的輸入是上一個階段對頂點(diǎn)信息插值得到的結(jié)果，更具體來說，是根據(jù)那些從頂點(diǎn)著色器中輸出的數(shù)據(jù)插值得到的。而它的輸出是一個或者多個顏色。這一階段完成很多重要的渲染技術(shù)，其中最重要的技術(shù)之一就是紋理采樣。為了在片元著色器中進(jìn)行紋理采樣，我們通常會在頂點(diǎn)著色器階段輸出每個頂點(diǎn)對應(yīng)的紋理坐標(biāo)，然后經(jīng)過光柵化階段對三角形網(wǎng)格的3個頂點(diǎn)對應(yīng)的紋理坐標(biāo)進(jìn)行查之后，就可以得到其覆蓋的片元的紋理。

4.逐片元操作:
(1) 決定每個片元的可見性。如深度測試，模板測試等
(2) 對片元進(jìn)行著色

CPU和GPU的通信

渲染流水線的起點(diǎn)是CPU，即應(yīng)用階段，可以分為一下三個階段

• 把數(shù)據(jù)加載到現(xiàn)存中
• 設(shè)置渲染狀態(tài)
• 調(diào)用DrawCall
  什么是DrawCall，GPU調(diào)用圖像編程接口，如OpenGL中的glDrawElements命令或者DirectX中的DrawIndexedPrimitive命令，以命令GPU進(jìn)行渲染操作。

總結(jié)

參考書籍：Unity Shader 入門精要

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的计算机图形学——什么是渲染管线的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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