渲染管线浅析

这篇文章是描述GPU渲染管线的大致工作流程。

渲染管线 ,也称渲染流水线,是显示芯片内部处理图形信号相互独立的并行处理单元。渲染管线就是要把一系列的顶点数据,纹理等信息,最终转换成一张人眼可以看到的图像。这个过程由CPU和GPU共同完成。

渲染管线流程图(Rendering Pipeline)



上面是渲染管线模型的示意。为了区分,我们把它分成三个阶段:

   ● Application Stage : 应用阶段,最主要的就是把我们准备好的场景数据,输出渲染需要的几何信息,即渲染图元(rendering primitives)。

   ● Geometry Stage :几何阶段,用于处理所有和我们要绘制的几何相关的事情。

   ● Rasterizer Stage:光栅化阶段,利用几何阶段传过来的数据产生像素,并渲染出最终的图像。


图片讲解

颜色表示了不同阶段的可配置性和可编程性。

    ●白色:表示该阶段是由GPU固定实现,开发者没有任何控制权。

    ●灰色:表示该阶段可以配置但是不可以编程。

    ●橙色:实线表示可用shader编程实线,虚线表示该shader是可选的。


下面再具体多说几点:

    ●Vertex Shader:对顶点数据编程的一段程序。主要工作是:坐标变换和逐顶点光照,并且为后续阶段输出所需的数据。

    ●Clipping:减少GPU处理数据量,把看不见的面剔除。不处理那些不在摄像机视野范围内的顶点数据。

    ●Screen Mapping:屏幕映射,把每个图元的x和y坐标转换到Screen Coordinates下。

    ●Triangele Setup:计算一个三角形网格表示数据的过程。

    ●Triangle Traversal:这里主要的工作就是找到哪些像素被三角形网格覆盖,如果覆盖了,将会得到一个片元(fragment)。

    ●Fragment Shader:对像素数据编程的一段程序。这里会产生一些列数据信息,用来描述一个三角网格是怎样覆盖每个像素的。

    ●Per-Fragment Operations:这里主要是淘汰一些不合格的片元以及如何合并问题。这里涉及了很多测试工作,如:模板测试(Stencil Test),深度测试(Depth Test)。而如果一个片元成功通过所有测试,就需要把这个片元的颜色值和已经存储在颜色缓冲区中的颜色进行合并,最终输出我们看到的图像。


总结

渲染管道是从得模型数据到图像生成过程的一种描述。Vertex Shader 能对顶点数据写处理算法,而 Fragment Shader 能对像素数据写处理算法。我们可以使用Shader编程出自己理想中的效果!


参考:

    ● Cg Programming in Unity

    ●《Real-time readering》

    ●《Unity Shader 入门精要》



本人才疏学浅,如果有错误的地方欢迎指正!

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