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渲染流水线

2017-05-15 17:13:42   0  举报

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大纲/内容

CPU和GPU之间的通信

Application Stage 应用阶段

把数据加载到显存中

数据包括：网格、纹理、顶点位置、法线、顶点颜色、纹理坐标等

HDD -> RAM -> VRAM

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

使用哪张纹理，使用那个shader，光源属性等

调用Draw Call

发起方：CPU，接收方：GPU

指向本次需要被渲染的图元（primitives）列表

GPU开始渲染过程

GPU流水线

Geometry Stage 几何阶段

顶点数据

应用阶段加载到显存中 -> 由Draw Call指定 -> 传给顶点着色器

Vertex Shader 顶点着色器

可编程

每个输入的顶点都会调用一次

并行处理，无法得到顶点之间的关系

内容

坐标变换

顶点坐标变换（模拟水纹，布料）

顶点坐标：模型空间 -> 齐次裁剪空间 -> 归一化的设备坐标（Normalized Device Coordinates，NDC）

顶点着色

逐顶点光照计算

顶点颜色赋值

Tessellation Shader 曲面细分着色器

可编程

可选

细分图元

Geometry Shader 几何着色器

可编程

可选

逐图元（Per-Primitive）着色

或用于产生更多的图元

Clipping 裁剪

不可编程，可配置

摄像机视野范围外的图元不需要被处理

图元和摄像机的三种关系

完全在视野内

继续传递给下一个流水线阶段

部分在视野内

裁剪：生成新的顶点，在图元和视野边界的交点处

完全在视野外

舍弃

Screen Mapping 屏幕映射

不可编程，不可配置

输入：三维坐标系下的坐标（范围在单位立方体内）

将图元的x和y坐标映射到屏幕坐标系（Screen Coordinates）

屏幕坐标系和z坐标一起构成了窗口坐标系（Window Coordinates），z值表示离屏幕的远近

Rasterizer Stage 光栅化阶段

Triangle Setup 三角形设置

计算光栅化一个三角形网格需要的信息（每条边上的像素坐标）

Triangle Traversal 三角形遍历

检查每个像素是否被一个三角网格所覆盖，如果被覆盖的话，就会生成一个片元（fragment）

使用三角形网格的顶点信息对整个覆盖区域的像素进行插值

输出：片元序列

片元不是真正意义上的像素，是包含了很多状态（屏幕坐标，深度信息，法线，纹理）的集合，用于计算每个像素的最终颜色

Fragment Shader 片元着色器

可编程

纹理采样

逐像素光照计算

并行计算，无法获取片元之间的关系

Per-Fragment Operations 逐片元操作

决定每个片元的可见性

模板测试

读取模板缓冲区的值与参考值进行比较

未通过测试舍弃片元

不管是否通过测试，都可以根据比较结果修改模板缓冲区的值

深度测试

将片元深度值与深度缓冲区的值进行比较

通过深度测试

开启深度写入

更改深度缓冲区的值

关闭深度写入

无法更改深度缓冲区的值

未通过测试

舍弃片元

不管深度写入是否开启，都无法更改深度缓冲区的值

颜色合并

将片元颜色值与颜色缓冲区中的值进行合并

开启混合

将片元颜色值与寒色缓冲区的值进行混合操作，存入颜色缓冲区中

未开启混合

将片元颜色值覆盖到颜色缓冲区中

Unity中深度测试在片元着色器之前

Early-Z

提高效率，深度测试不通过的片元不需要在片元着色器中进行计算

双重缓冲（Double-Buffering）

屏幕上显示的颜色就是颜色缓冲区的值

对场景的缓冲在后置缓冲中（Back Buffering）

屏幕显示前置缓冲（Front Buffering）中的颜色

后置缓冲完成渲染后，GPU交互前置缓冲和后置缓冲中的内容

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