第二章：渲染流水线（1）

1.渲染流程概述

• 应用阶段
  • 在CPU中实现，准备场景数据，粗粒度剔除，设置每个材质的渲染状态。
• 几何阶段
  • 在GPU中实现，进行逐顶点，逐多边形的操作，将顶点坐标变换到屏幕空间之中。
• 光栅化阶段
  • 在GPU中运行，决定每个渲染图元中的哪些像素应该绘制在屏幕上。

2.CPU和GPU之间的通信（应用阶段）输出：渲染命令，渲染状态

• 把数据加载到显存中

                数据从硬盘（HDD）中加载到系统内存（RAM）中，网格和纹理等加载到显存（VRAM）中。

• 设置渲染状态

                设置场景中的网格的渲染方式（顶点着色器，片元着色器，光源属性，材质）

• 调用Draw Call       

                由CPU发起的命令，指向一个需要被渲染的图元，由GPU接收。

3.GPU流水线（几何阶段）

• 接收Draw Call命令，调用显存中的顶点数据，进行GPU的渲染流水线
  • 顶点着色器：实现顶点的空间变换，顶点着色等
  • 曲面细分着色器：细分图元
  • 几何着色器：逐图元操作，产生更多的图元
• 顶点着色器等：输出：屏幕坐标系下的顶点位置以及相关的额外信息
  • 接受CPU的输入，进行坐标变换和逐顶点光照。
  • 坐标变换：把顶点坐标从模型空间转换到齐次裁剪空间。
    • 模型空间：在模型移动旋转的时候，模型空间也会跟着旋转。
    • 齐次裁剪空间：又称裁剪空间（齐次表意不明）。由视锥体决定，视锥体可以理解为摄像机可以看到的空间，投影方式分为正交投影和透视投影。
  • 裁剪：仅处理视野范围内的场景物体。
    • 由近裁剪平面和远裁剪平面决定视觉深度。
    • 对于部分在视野内的图元来说，进行裁剪处理，用边界顶点代替原先的顶点。
  • 屏幕映射：把每个三维坐标系下的点的坐标转换为二维坐标系（窗口坐标系）。

4.GPU阶段（光栅化阶段）

• 计算每个图元覆盖了哪些像素，以及为这些像素计算它们的元素
  • 三角形设置：计算光栅化一个三角网格所需要的信息。（从上一个阶段获得三角形每条边的端点坐标，得到三角形边界的表示方式，由端点坐标得到边和边上的像素坐标，由像素坐标获得整个网格对像素的覆盖状况。）输出：三角网格的表示数据
  • 三角形遍历：检测哪些像素被三角网格覆盖，使用三角网格三个顶点的信息对整个区域覆盖的像素进行插值。输出：片元序列
  • 片元着色器：得到对顶点信息差值的结果，输出颜色值。
  • 逐片元操作（OpenGL）：输出合并阶段：
    • 决定每个片元的可见性，深度测试，模板测试。
    • 如果一个片元通过了所有的测试，就把这个片元的颜色值和已经存储在颜色缓冲区的颜色进行合并。

5.显示在屏幕上（双重缓冲）