第二章 渲染流水线

综述

渲染流水线：由一个三维场景出发、生成一张二维图形。

渲染流程分为3个阶段：应用阶段、几何阶段、光栅化阶段。

应用阶段：

我们主导，由CPU负责实现。最重要的是输出渲染图元(渲染所需的几何信息)。并传至下一阶段

1、准备场景数据

2、做粗粒度剔除工作

3、设置好每个模型渲染状态

几何阶段：

在GPU上进行，用于处理所有和我们要绘制的几何相关的事情。一个重要任务是把顶点坐标变换到屏幕空间中，再交给光栅器处理。对渲染图元多步处理后，将输出屏幕空间的二维顶点坐标、每个顶点对应的深度值、着色等相关信息，并传输给下一个阶段。

光栅化阶段：

在GPU上运行，使用上一阶段传递的数据产生屏幕上的像素，并且渲染出最终图像。任务主要是决定每个渲染图元中的哪些像素应该被绘制在屏幕上。对上一个阶段得到的逐顶点数据进行插值，再进行像素处理。

CPU和GPU之间的通信

渲染流水线起点是CPU，应用阶段。

应用阶段大致分为三个阶段：

（1）把数据加载到显存中。

所有渲染所需数据都需要从硬盘加载到系统内存（RAM），网格和纹理等又被加载到显卡上的存储空间-显存。显卡对显存访问更快，大多数显卡对于RAM没有直接访问权利。这之后，开发者通过CPU设置渲染状态，指导GPU如何进行渲染工作。

（2）设置渲染状态。

渲染状态定义了场景中的网格是怎样被渲染的（如使用哪个顶点着色器、片元着色器、光源属性、材质等），更改渲染状态。做好后，CPU调用渲染命令Draw Call告诉GPU可以开始渲染。

（3）调用Draw Call

Draw Call是一个命令，发起方是CPU，接收方是GPU。这个命令会指向一个需要被渲染的图元列表，不会再包含任何材质信息。给定了一个Draw Call后，GPU会根据渲染状态和顶点数据进行计算，最终输出屏幕像素。计算过程就是GPU流水线。

GPU流水线

GPU渲染过程就是GPU流水线。

几何阶段和光栅化阶段开发者无法拥有绝对的控制权，其实现载体是GPU。

几何阶段和光栅化阶段可分若干更小的流水线阶段，由GPU实现。

几何阶段：

（顶点数据->）顶点着色器->曲面细分着色器->几何着色器->裁剪->屏幕映射

光栅化阶段：

（屏幕映射->）三角形设置-> 三角形遍历->片元着色器->逐片元操作（->屏幕图像）