Rasterizer Stage(读书笔记3 --- Real-Time rendering)

rasterizer stage的目标：计算和设置每个像素的颜色。将屏幕空间的二维顶点和每个顶点的shading信息转换为屏幕上的像素。

rasterizer stage可以分为几个阶段：triangle setup, triangle traversal, pixel shading, and merging

1. Triangle Setup 这个阶段是计算三角形surface的微分及其他数据的。此阶段生成的数据用来做扫描转换(scan conversion)和对不同的shading数据进行插值。

这个阶段是由fixed-operation hardware(固定操作硬件)完成的.

2. Triangle Traversal

寻找哪些采样点或者像素在三角形内部的过程叫triangle traversal 或者 scan conversion.

每个三角形fragment的属性都是用三角形顶点之间的插值生成的，这些属性包含depth,从geometry stage来的shading data

扫描转换：把顶点表示转换为点阵表示，即从给定的边界出发求出位于内部的各像素

3. Pixel Shading

所有的像素着色都是在这一步完成，输入数据是shading data的插值，输出数据是一个或者多个颜色值。

和前两个阶段不同的是，这一阶段是在可编程GPU核上执行的。

大量的技术被用在这一阶段，其中最重要的就是texturing。

4. Merging(混合)

每个像素的信息被存储在color buffer中，color buffer是一个颜色数组。

Merging stage负责将shading stage产生的fragment color混合到buffer中现有的color里面。

Merging stage也负责解决可见性问题，一般GPU是通过Z-buffer algorithm来解决的，详情见下面一节。

Merging stage不完全是可编程的，但是可以高度配置，可以enable各种效果

5. Z-buffer(depth buffer) algorithm

Z-buffer和color buffer一样大小和形状，每个像素存储着从相机到当前primitive的z轴距离。

当一个图元被选入到某个像素时，需要计算这个图元在这个像素的z值并和同一个像素上的z-buffer内容比较，如果新的z值比z-buffer中的小，那么说明图元离相机更近，所以要用图元的z值和颜色去更新这个像素的z值和颜色；如果新的z值比z-buffer中的大，说明图元距离相机更远，那么color buffer和z-buffer就不需要更新。

6. 其他buffer

alpha通道与color buffer有关系，它存储每个像素的透明度。 在depth test之前可以先做alpha test，先用某些特定的test来比较fragment的alpha值和参考值，如果fragment没有通过测试，就不对它做进一步处理。alpha test是用来确保完全透明的fagment不会影响z-buffer

stencil buffer是用来记录rendered primitive的位置的离屏buffer，它通常包含8bit. Stencil buffer是一个可以生成特殊效果的强大工具。

7. double buffering

为了避免人眼看到正在被光栅化的图元，一般使用double buffering。在这个方法中，渲染发生在back buffer，当back buffer被渲染完成时，back buffer中的内容被置换到front buffer，也就是显示屏幕内容的buffer，这个交换发生在vertical retrace，即vblank(扫描点扫描完一帧后要从图像的右下角返回到图像的左上角，开始新的一帧扫描，即一帧最后一行到下一帧的第一行之间的时间)