渲染管线流程

渲染管线流程详解
本文详细介绍了GPU渲染管线的流程,包括应用阶段、几何阶段、光栅化阶段和逐片元操作。应用阶段涉及场景数据准备、剔除和渲染状态设置;几何阶段涵盖顶点着色器、曲面细分、几何着色器等;光栅化阶段处理三角形设置和遍历;逐片元操作包括裁剪、透明度、深度和模板测试。顶点着色器负责坐标变换和光照计算,片元着色器处理纹理采样等。最后,逐片元操作完成像素颜色的合并和后处理效果的添加。

应用阶段--->几何阶段---->光栅化阶段---->逐片元操作----->后处理

1,应用阶段:粗粒度剔除,进行渲染设置,准备基本数据,输出到几何阶段。

2,几何阶段:顶点着色器,曲面细分,几何着色器,顶点裁剪,屏幕映射。

3,光栅化阶段:三角形(点/线)设置,三角形(点/线)遍历,片元着色器。

4,逐片元操作:裁剪测试,透明度测试,深度测试,模板测试,混合。

5,后处理。

应用阶段:Application stage

                 3个主要任务(这个阶段以开发者为主导,由CPU来实现。):

                 1,准备好场景数据。如,摄像机位置,视椎体,场景中包含的模型,光源etc。

                  2,粗粒度(Culling)剔除。为了提高渲染性能。

                 3,设置好每个模型的渲染状态。(渲染状态包括但不限于使用texture--diffuse,                                   reflection etc. Bipmap,Shader)

                 这个阶段最重要的输出是渲染所需的几何信息-----渲染图源(Rendering Primitives)

                 

几何阶段:Geometry Stage

                 顶点着色器:计算顶点光照(要计算顶点光照,就需要知道光源的位置,朝向以及摄                      像机的位置和朝向,顶点当前世界的位置。当前顶点位置又要知道顶点在模型空间的                     

GPU渲染管线接受一组3D坐标,然后将其转变为屏幕上的有色2D像素输出,其流程可划分为多个阶段,每个阶段将前一个阶段的输出作为输入,且各阶段高度专门化,容易并行执行。 虽然给定引用未详细描述具体流程,但通常情况下,GPU渲染管线主要包含以下几个重要阶段: 1. **顶点处理阶段**:这是渲染管线的起始阶段,会处理输入的3D顶点坐标。对顶点的位置、法线、纹理坐标等属性进行计算和变换,例如将顶点从模型空间转换到世界空间,再从世界空间转换到视图空间和裁剪空间等。这个阶段通常由顶点着色器来完成,顶点着色器是运行在GPU上的小程序,可对每个顶点进行独立处理,利用GPU的并行计算能力快速处理大量顶点数据。 2. **图元装配阶段**:将经过顶点处理阶段处理后的顶点组装成图元,如点、线、三角形等。确定哪些顶点构成一个图元,为后续的光栅化做准备。 3. **几何处理阶段**:对图元进行进一步处理,例如可以对图元进行细分、裁剪等操作。这个阶段可以由几何着色器完成,几何着色器能够根据输入的图元生成新的图元。 4. **光栅化阶段**:将几何阶段输出的图元转换为屏幕上的像素。计算每个图元覆盖的像素位置,并为这些像素生成片段(Fragment)。片段包含了像素的颜色、深度等信息。在光栅化过程中,还会进行一些插值计算,例如对顶点的纹理坐标、法线等属性进行插值,以便为每个片段提供相应的属性值。 5. **片段处理阶段**:对光栅化生成的每个片段进行处理,通常由片段着色器完成。片段着色器会根据片段的属性(如纹理坐标)从纹理中采样颜色,并结合光照模型等计算出最终的像素颜色。此外,还会进行一些深度测试、模板测试等操作,以确定哪些像素应该被显示,哪些应该被丢弃。 6. **混合阶段**:将经过片段处理阶段处理后的像素颜色与帧缓冲区中已有的颜色进行混合。例如,当有半透明物体时,需要将其颜色与背景颜色进行混合,以实现透明效果。 ### 代码示例 以下是一个简单的使用Python和Pygame库模拟GPU渲染管线基本流程的示例代码: ```python import pygame import math # 初始化Pygame pygame.init() # 设置屏幕尺寸 screen_width = 800 screen_height = 600 screen = pygame.display.set_mode((screen_width, screen_height)) pygame.display.set_caption("Simple GPU Render Pipeline Simulation") # 定义一个简单的顶点列表(三角形) vertices = [ [100, 100], [200, 200], [300, 100] ] # 顶点处理阶段(简单示例:平移) def vertex_processing(vertices): processed_vertices = [] for vertex in vertices: new_x = vertex[0] + 100 new_y = vertex[1] + 100 processed_vertices.append([new_x, new_y]) return processed_vertices # 图元装配阶段(这里简单返回顶点列表) def primitive_assembly(vertices): return vertices # 光栅化阶段(简单示例:绘制三角形) def rasterization(vertices, screen): pygame.draw.polygon(screen, (255, 0, 0), vertices) # 主循环 running = True while running: for event in pygame.event.get(): if event.type == pygame.QUIT: running = False # 清屏 screen.fill((0, 0, 0)) # 顶点处理 processed_vertices = vertex_processing(vertices) # 图元装配 assembled_primitives = primitive_assembly(processed_vertices) # 光栅化 rasterization(assembled_primitives, screen) # 更新显示 pygame.display.flip() # 退出Pygame pygame.quit() ```
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