自学openGL(三)-渲染管线与着色器

坐标(基础理论)

在OpenGL 中,任何事物都在3D空间中,而屏幕和窗口却是2D像素数组,这导致OpenGL的大部分工作都是关于把3D坐标转变为适应屏幕的2D像素。3D坐标转换为2D坐标的处理过程是由OpenGL的图形渲染管线管理的,thing渲染管线可以被划分为两个主要部分:第一部分把你的3D坐标转化为2D坐标,第二部分把2D坐标转变为实际有颜色的像素。这个教程里,我们会简单地讨论一下图形渲染管线,以及如何查u你感觉爱你一个漂亮的像素。

2D 坐标和像素也是不停的,2D 坐标精确表示一个点在2D空间中的位置,而2D像素是这个点的近似值,2D像素受到你的屏幕/窗口分辨率的限制。

着色器

图形渲染管线接受一组3D坐标,然后把他们转变为屏幕上的有色2D像素输出。图形渲染管线可以被划分为几个阶段,每个阶段会把前一个阶段的输出作为输入。所有这些阶段都被高度专门画的,并且很容易并行执行。正式由于他们具有并行执行的特性,当今大多数显卡都有成千上万的小处理核心,他们在GPU上为每一个阶段运行各自的小程序,从而在图形渲染管线中快速处理你的数据,这些小程序叫做着色器(shear)。

有些着色器允许开发者自己配置,这就允许我们用自己写的着色器来替换默认的,这样我们就可以更细致地控制图形渲染管线中的特定部分了,而且因为他们运行在GPU上,所以他们可以给我们节约宝贵的CPU时间。OpenGL 着色器语言(OpenGL Shading Language,简称 GLSL)写成的。

下面,你会看到一个图形渲染管线的每个阶段抽象展示,要注意蓝色部分代表我们可以注入自定义着色器的部分。


pipeline.png

如你所见,图形渲染管线包含很多部分,每个部分都将在转换顶点数据到最终像素这一过程中处理各自特定的阶段。我们会概括性地解释一下渲染管线的每个部分,让你对图形渲染管线的工作方式有个大概了解。

首先,我们以数组的形式传递3个3D坐标作为图形渲染的输入,用来表示一个三角形,这个数组叫做顶点数组。一个顶点是一个3d坐标的数据集合。而顶点数据是用顶点属性表示的,它可以包含我们想用的数据,但是简单起见,我们嘉定每个只由一个3D位置和一些颜色组成的吧。

图形渲染管线的第一个部分是顶点着色器,它把一个单独的顶点作为输入。顶点着色器主要的目的是把3D坐标转为另一个3D坐标,同事顶点着色器允许我们对顶点属性进行一些基本处理。

图源装配阶段将顶点着色器输出的所有顶点作为输入,并所有的点装配成指定图元的形状。

图源装配阶输出会传递给几何着色器。几何着色器把图源形式的一系列顶点的集合作为输入,它可以通过产生新顶点构造出新的图源来生成其他姓张。

几何着色器的输出会被传入光栅化阶段,这里它会把图源映射为最终屏幕上相应的像素,生成供片段着色器使用的片段。在片段着色器运行之前会执行裁切。裁切会丢弃超出你的视图以外的所有像素,用来提升执行效率。

OpenGL 中的一个片段是OpenGL 渲染一个像素所需的所有数据

片段着色器的主要目的是计算一个像素的最终颜色,这也是OpenGL 高级效果产生的地方。通常便读啊着色器包括3D场景数据,这些数据可以被用来计算最终像素颜色。

在所有对应色值确定以后,最终的对象将会被传到最后一个阶段,我们叫做 alpha 测试与混合阶段。这个阶段检测片段的对应深度值,用它来判断这个像素是其他物体的前面还是后面,决定是否应该丢弃。这个阶段也会检查alpha 值并对物体进行混合。所以及时在片段着色器中计算出来一个像素输出的颜色,在渲染多个三角形的时候,最后的像素颜色也可能完全不同。

可以看到,图形渲染管线非常复杂,它包含很多可配置的部分,然而对于大多数场合,我们只需要配置顶点这片段着色器就行了。几何着色器是可选的,通常使用它默认的着色器就行了。