[转]3D渲染管线

转自：http://tgerm.org/SRP/

在3D中有两种渲染管线，分别是图形渲染管线和GPU渲染管线。

图形渲染管线

《Render-Time Rendering Third Edition》一书中将计算机图形渲染的流程划分为3个阶段：应用阶段（Application Stage）、几何阶段（Geometry Stage）、光栅化阶段（Raterizer Stage）组成了图形渲染管线。

应用阶段（Application Stage）

准备好要渲染的场景数据，如相机，模型，灯光等信息，为提高性能对不可见的物体进行剔除（Culling），最后设置好每个即将渲染的模型所对应的渲染状态。渲染状态包括但不限于材质，纹理，Shader等。

几何阶段 Geometry Stage

该阶段运行在GPU上。

模型和视图变换 Model and View Transform

顶点着色 Vertex Shading

顶点着色阶段的目的即确认顶点处材质的光照效果。像顶点位置，法线等数据都会通过该阶段发送到光栅化阶段。

投影 Projectiong

该阶段就是将模型从三维空间投射到二维空间的过程。

常见的投影方式有两种：正交投影，透视投影

裁剪 Clipping

• 当图元完全处于视体内部，直接进入下个阶段
• 当图元完全处于视体外部，直接丢弃
• 当图元部分处于视体内部，对图元进行裁剪并产生新的图元

裁剪阶段即对部分处于视体内部的图元进行裁剪操作。

屏幕映射 Screen Mapping

进入该阶段顶点坐标仍然是三维的，但x,y在经过上面的投影阶段已经是二维的状态。此时x,y与z坐标组成了窗口坐标系。

假设在一个窗口里对场景进行绘制，窗口最小坐标(x1, y1)，最大坐标(x2, y2)。屏幕映射首先进行平移，随后进行缩放，在映射过程中z坐标不受影响。新的x和y坐标称为屏幕坐标系，并和z坐标进入光栅化阶段。

屏幕映射阶段即是将得到的坐标映射到对应的屏幕坐标系上。

光栅化阶段（Rasterizer Stage）

该阶段也运行在GPU上

三角形设置 Triangle Setup

计算三角形表面的差异和三角形表面的其他相关数据

三角形遍历 Triangle Traversal

扫描三角形覆盖的像素区域，并将重合的像素生产片段（fragment）。

像素着色 Pixel Shading

逐像素处理着色运算

合并 Merging

图形系统一般都是使用双缓冲机制，也就是最终生产的图像会输出到后台缓冲区(backbuffer)，然后交换至屏幕。合并阶段就是将前面所有片段操作（如：颜色缓冲区，alpha通道，模板缓冲区，深度测试结果等）所产生的片段颜色合并至后台缓冲区(backbuffer)。

GPU渲染管线

• 绿色阶段完全可以编程
• 蓝色阶段可配置，不可编程
• 灰色阶段完全固定，不可配置，不可编程