Unity Shader入门精要(第二章)

渲染流程

1. 应用阶段(Application Stage)
   1. 准备好场景数据，摄像机位置等
   2. 粗粒度剔除，把不可见的物体剔除出去
   3. 设置渲染状态，材质，纹理，shader等
      最重要的是输出渲染图元(点，线，三角面等)，给几何阶段
2. 几何阶段(Geometry Stage)
   把顶点坐标变换到屏幕空间中，输出屏幕空间的二维顶点坐标、每个顶点对应的深度值、着色等
3. 光栅化阶段(Rasterizer Stage)
   决定每个渲染图元中的哪些元素应该被绘制在屏幕上，对上一阶段得到的逐顶点数据进行插值，然后再进行像素处理。

CPU和GPU之间的通信

有时希望CPU可以访问网格数据来进行碰撞检测，所以RAM中的这部分数据就不需要移除

渲染状态

使用哪个顶点着色器(Vertex Shader)/片元着色器(Fragment Shader)、光源属性、材质等，给场景中的网格进行渲染。

GPU流水线

通过流水线操作，把图元渲染到屏幕上。

1. 顶点着色器(Vertex Shader)：空间变换，顶点着色
   
   特点：未知顶点关系，无法得知两个顶点是否属于同一个三角网络。
   坐标变换：通过改变位置来模拟水面、布料等。把顶点坐标哦那个模拟空间转换到齐次裁剪空间，在由硬件透视除法得到归一化的设备坐标(Normalized Device Coordinates, NDC)下的坐标
   OpenGL下NDC的z分量范围[-1,1]，而在DirectX中，[0,1]
   
   常见输出为交由光栅化阶段的片元着色器。
2. 曲面细分着色器(Tessellation Shader)：细分图元(可选着色器)
3. 几何着色器(Geometry Shader)：逐图元着色(可选着色器)
4. 裁剪(Clipping)：将不在摄像机视野内的顶点裁剪掉
   
5. 屏幕映射(Screen Mapping)：每个图元坐标转换到屏幕坐标系中(不可配置和编程的)
   把每个图元的x和y坐标转换到屏幕坐标系(Screen Coordinates)，在OpenGL中左下为最小窗口值，在DirectX中左上为最小窗口值。
6. 三角形设置(Triangle Setup)：上一步得到的是顶点信息，这一步计算边上每个点。
7. 三角形遍历(Triangle Traversal)：检查每个像素是否被一个三角形网格所覆盖。
   
8. 片元着色器(Fragment Shader)：逐片元着色
   通过对上一个步骤得到的纹理插值进行计算，得出片元的颜色。
   
9. 逐片元操作
   决定每个片元的可见性，之后再把通过测试的片元的颜色值和颜色缓冲区的颜色合并。
   1. 模板测试：用于限制渲染的区域。
      
   2. 深度测试：与模板测试不同，如果没有通过深度测试，那么就没有权利更改深度缓冲区中的值。
      
   3. 合并：针对半透明物体，需要混合让物体看起来是透明的。如果没有开启，则直接覆盖掉颜色缓冲区中的颜色；如果开启了，GPU取出源颜色和目标颜色，将两种颜色进行混合。
      
   4. 为保证看到的图像是连续的，采用双重缓冲的策略，一旦场景已经被渲染到了后置缓冲中，那么交换前置和后置的内容。

总结

1. 命令缓冲区：CPU向其中添加命令，GPU从中读取命令，从而实现并行工作。
2. 批处理：将很多小的Draw Call合并成一个大的Draw Call。(针对静态的物体，将网格合并)
   为了减少Draw Call的开销：避免使用大量很小的网格，避免使用过多的材质。