GPU 渲染管線與著色器 大白話總結(jié) ---- 一篇就夠
GPU 渲染管線與著色器 大白話總結(jié) ---- 一篇就夠
在逆境中蛻變
已于?2023-07-27 10:26:05?修改
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分類專欄：?UnityShader?游戲圖形學(xué)?Unity開發(fā)?文章標(biāo)簽：?圖形渲染
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真的寫的非常不錯！大力推薦
GPU?渲染管線與著色器 大白話總結(jié) ---- 一篇就夠
文章目錄
GPU 渲染管線與著色器 大白話總結(jié) ---- 一篇就夠
1 前言
2 渲染管線
2.1 CPU和GPU是如何并行工作的？
3 CPU處理 ---- 應(yīng)用階段
3.1.1 加載模型數(shù)據(jù)例子
3.1.2 加載紋理的例子
3.1 把數(shù)據(jù)加載到顯存
3.2 設(shè)置渲染狀態(tài)
3.3 調(diào)用Draw Call
3.4 小結(jié)
4 GPU處理 ----幾何階段
4.3.1 模型空間
4.3.2 世界空間
4.3.3 觀察空間
4.3.4 裁減空間
4.3.5 屏幕空間
4.1 頂點(diǎn)數(shù)據(jù)是什么
4.2 頂點(diǎn)著色器
4.3 坐標(biāo)空間
4.4 頂點(diǎn)坐標(biāo)變換總結(jié)
4.5 視頻播放的頂點(diǎn)數(shù)據(jù)回顧
5 GPU處理 ---- 光柵化階段
5.3.1 模板測試
5.3.2 深度測試
5.3.3 混合Blending
5.3.4 圖像輸出-雙緩沖
5.1 三角形設(shè)置與遍歷
5.2 片元著色器
5.3 逐片元操作
6 性能討論
6.2.1 Unity靜態(tài)批處理
6.2.2 Unity動態(tài)批處理
6.1 性能瓶頸在哪里
6.2 性能如何優(yōu)化
7 附錄知識
7.1 什么是齊次坐標(biāo)
7.2 平移矩陣
7.3 縮放矩陣
7.4 旋轉(zhuǎn)矩陣
7.5 組合變換
參考
1 前言
做圖形圖像，就要懂GPU；
要懂GPU，最重要是懂渲染管線（或者叫流水線）；
而渲染管線，最重要的環(huán)節(jié)就是shader，即著色器。
所以本文嘗試總結(jié)GPU的渲染流程和shader，可作為圖像開發(fā)的入門教程。
2 渲染管線
管線，又稱流水線。
什么是流水線呢？
流水線是指在重復(fù)執(zhí)行一項(xiàng)任務(wù)時，把它細(xì)分成很多小任務(wù)，讓這些小任務(wù)重疊執(zhí)行，來提高整體的運(yùn)行效率。
舉個栗子：
卸貨搬運(yùn)工，3個人從車上搬到店里。3個人分別是A, B, C。
A給B，B給C，C到店里。
A不需要等C放到店里，再開始下一次的搬運(yùn)，而是C在搬的過程中，就可以開始搬第二個貨物了。
CPU的處理，其實(shí)也是用流水線技術(shù)，它把一條指令的執(zhí)行，拆分成五個部分：取指令、解碼、取數(shù)據(jù)，運(yùn)算和寫結(jié)果。然后流程跟上面的搬運(yùn)工差不多。
而渲染管線，就是根據(jù)一個三維場景中的頂點(diǎn)、紋理等信息，轉(zhuǎn)換成一張二維圖像。這個工作由CPU + GPU 共同完成。
通常把一個渲染流程分3個階段：
(1) 應(yīng)用階段
(2) 幾何階段
(3) 光柵化階段
應(yīng)用階段由CPU完成，幾何階段 和 光柵化階段 由GPU完成。
當(dāng)然了，既然是流水線，意味著3個階段的執(zhí)行是異步的。也就是，CPU執(zhí)行完了，不需要GPU執(zhí)行完才開始下一次調(diào)用。
另外，GPU執(zhí)行的幾何階段和光柵化階段，也細(xì)分了子任務(wù)，也是使用流水線的技術(shù)。
2.1 CPU和GPU是如何并行工作的？
答案就是?命令緩沖區(qū)?。命令緩沖區(qū)包含了一個命令隊(duì)列。CPU添加命令，GPU讀取命令。
當(dāng)CPU需要渲染一些對象時，就向命令緩沖區(qū)添加命令；當(dāng)CPU完成一次渲染任務(wù)后，可以從緩沖區(qū)繼續(xù)取出命令并執(zhí)行。
綠色的【渲染模型】，就是我們說的?Draw Call?。
舉個一個openGL的例子：
GLES20.glDrawArrays(GLES20.GL_TRIANGLE_STRIP, 0, 4);
1
橙色的【改變渲染狀態(tài)】，就是加載數(shù)據(jù)，改變著色器，切換紋理啥的，舉個openGL的例子：
GLES20.glUseProgram(program);
GLES20.glBindTexture(GLES20.GL_TEXTURE_2D, textureId);
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一幀圖像的生成，如果有多個物體模型，就挨個提交DrawCall。GPU挨個繪制到顏色緩沖區(qū)，然后混合，注意，雖然說是GPU挨個處理DrawCall，但是GPU內(nèi)部也是流水線，不需要等A繪制完了才繪制B，A只要完成了第一小步，進(jìn)入第二步，B就可以開始第一步了，這第一步就是下面會說的頂點(diǎn)著色器。
繪制一幀完成后，調(diào)用swapBuffer，把在顏色緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)，提交到屏幕顯示。
3 CPU處理 ---- 應(yīng)用階段
主要工作：
(1) 把數(shù)據(jù)加載到顯存（GPU的內(nèi)存）
(2) 設(shè)置渲染狀態(tài)
(3) 調(diào)用Draw Call
3.1 把數(shù)據(jù)加載到顯存
GPU一般不能直接訪問內(nèi)存，所以自己就搞了個內(nèi)存，叫顯存（顯卡內(nèi)存）。CPU把一些渲染所需數(shù)據(jù)從硬盤或網(wǎng)絡(luò)加載到內(nèi)存，然后送到顯存。
數(shù)據(jù)最主要就兩個，模型數(shù)據(jù)（頂點(diǎn)坐標(biāo)+紋理坐標(biāo)）和紋理圖像。其他的數(shù)據(jù)量都很小，如法線方向。加載到顯存后，在CPU的內(nèi)存中的數(shù)據(jù)，可以刪除，例如用bitmap生成一個紋理，加載到GPU后就可以回收了。
3.1.1 加載模型數(shù)據(jù)例子
下面用一個android視頻播放渲染的例子，來說明如何加載模型數(shù)據(jù)。
視頻是在一個二維的矩形框內(nèi)顯示，所以只需要4個頂點(diǎn)坐標(biāo)，以及對應(yīng)的4個紋理坐標(biāo)。紋理用的是視頻解碼后的圖像。
? ?//頂點(diǎn)數(shù)據(jù)
? ?private float[] vertexData = {
? ? ? ? ? ?-1f, -1f,
? ? ? ? ? ?1f, -1f,
? ? ? ? ? ?-1f, 1f,
? ? ? ? ? ?1f, 1f
? ?};
? ?//紋理坐標(biāo)數(shù)據(jù)
? ?private float[] fragmentData = {
? ? ? ? ? ?0f, 0f,
? ? ? ? ? ?1f, 0,
? ? ? ? ? ?0f, 1f,
? ? ? ? ? ?1f, 1f
? ?};
public void onCreate() {
//頂點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)在JVM的內(nèi)存，復(fù)制到系統(tǒng)內(nèi)存
? ? ? ?vertexBuffer = ByteBuffer.allocateDirect(vertexData.length * 4)
? ? ? ? ? ? ? ?.order(ByteOrder.nativeOrder())
? ? ? ? ? ? ? ?.asFloatBuffer()
? ? ? ? ? ? ? ?.put(vertexData);
? ? ? ?vertexBuffer.position(0);
? ? ? ?//紋理坐標(biāo)數(shù)據(jù)在JVM的內(nèi)存，復(fù)制到系統(tǒng)內(nèi)存
? ? ? ?fragmentBuffer = ByteBuffer.allocateDirect(fragmentData.length * 4)
? ? ? ? ? ? ? ?.order(ByteOrder.nativeOrder())
? ? ? ? ? ? ? ?.asFloatBuffer()
? ? ? ? ? ? ? ?.put(fragmentData);
//VBO全名頂點(diǎn)緩沖對象（Vertex Buffer Object）,他主要的作用就是可以一次性的發(fā)送一大批頂點(diǎn)數(shù)據(jù)到顯卡上
int [] vbos = new int[1];
? ? ? ?GLES20.glGenBuffers(1, vbos, 0);
? ? ? ?vboId = vbos[0];
//下面四句代碼，把內(nèi)存的數(shù)據(jù)復(fù)制到顯存中
? ? ? ?GLES20.glBindBuffer(GLES20.GL_ARRAY_BUFFER, vboId);
? ? ? ?GLES20.glBufferData(GLES20.GL_ARRAY_BUFFER, vertexData.length * 4 + fragmentData.length * 4, null, GLES20. GL_STATIC_DRAW);
? ? ? ?GLES20.glBufferSubData(GLES20.GL_ARRAY_BUFFER, 0, vertexData.length * 4, vertexBuffer);
? ? ? ?GLES20.glBufferSubData(GLES20.GL_ARRAY_BUFFER, vertexData.length * 4, fragmentData.length * 4, fragmentBuffer);
}
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代碼中已經(jīng)加了注釋，不過這里還是可以再說明一下。
vertexData
畢竟是java定義的變量，使用的JAVA虛擬機(jī)的內(nèi)存，而不是系統(tǒng)內(nèi)存，沒辦法直接給GPU的。所以，先用ByteBuffer，把vertexData拷貝到系統(tǒng)內(nèi)存。
接著，創(chuàng)建一個頂點(diǎn)緩沖對象（Vertex Buffer
Object），他主要的作用就是可以一次性的發(fā)送一大批頂點(diǎn)數(shù)據(jù)到顯卡上。然后，調(diào)用glBufferData，把數(shù)據(jù)拷貝到顯卡內(nèi)存上！這樣后面GPU開始工作時，就可以快速訪問了。
3.1.2 加載紋理的例子
這里再貼一個android app加載紋理圖像的例子：
? ?public static int createTexture(Bitmap bitmap){
? ? ? ?int[] texture=new int[1];
? ? ? ?//生成紋理
? ? ? ?GLES20.glGenTextures(1,texture,0);
? ? ? ?//生成紋理
? ? ? ?GLES20.glBindTexture(GLES20.GL_TEXTURE_2D,texture[0]);
? ? ? ?//設(shè)置縮小過濾為使用紋理中坐標(biāo)最接近的一個像素的顏色作為需要繪制的像素顏色
? ? ? ?GLES20.glTexParameterf(GLES20.GL_TEXTURE_2D, GLES20.GL_TEXTURE_MIN_FILTER,GLES20.GL_NEAREST);
? ? ? ?//設(shè)置放大過濾為使用紋理中坐標(biāo)最接近的若干個顏色，通過加權(quán)平均算法得到需要繪制的像素顏色
? ? ? ?GLES20.glTexParameterf(GLES20.GL_TEXTURE_2D,GLES20.GL_TEXTURE_MAG_FILTER,GLES20.GL_LINEAR);
? ? ? ?//設(shè)置環(huán)繞方向S，截取紋理坐標(biāo)到[1/2n,1-1/2n]。將導(dǎo)致永遠(yuǎn)不會與border融合
? ? ? ?GLES20.glTexParameterf(GLES20.GL_TEXTURE_2D, GLES20.GL_TEXTURE_WRAP_S,GLES20.GL_CLAMP_TO_EDGE);
? ? ? ?//設(shè)置環(huán)繞方向T，截取紋理坐標(biāo)到[1/2n,1-1/2n]。將導(dǎo)致永遠(yuǎn)不會與border融合
? ? ? ?GLES20.glTexParameterf(GLES20.GL_TEXTURE_2D, GLES20.GL_TEXTURE_WRAP_T,GLES20.GL_CLAMP_TO_EDGE);
? ? ? ?if(bitmap!=null&&!bitmap.isRecycled()){
? ? ? ? ? ?//根據(jù)以上指定的參數(shù)，生成一個2D紋理，上傳到GPU
? ? ? ? ? ?GLUtils.texImage2D(GLES20.GL_TEXTURE_2D, 0, bitmap, 0);
? ? ? ?}
? ? ? ?return texture[0];
? ?}
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先用glGenTextures生成一個紋理id。這時候，還沒有創(chuàng)建實(shí)際數(shù)據(jù)。
接著，設(shè)置一下紋理的屬性，然后，調(diào)用texImage2D，這會先創(chuàng)建一個紋理buffer，然后把bitmap拷貝到buffer上。然后完事。上面的函數(shù)結(jié)束后，bitmap的內(nèi)容就拷貝到GPU了，可以根據(jù)需要回收。
需要強(qiáng)調(diào)的是，?不管是加載頂點(diǎn)還是紋理，都只需要在初始化時，一次性完成?，不需要每次onDraw都加載，否則就沒有意義了。
3.2 設(shè)置渲染狀態(tài)
即聲明場景的網(wǎng)格（模型）如何被渲染，比如用哪個vertex shader/fragment
shader，光源屬性，材質(zhì)（紋理）等。如果繪制不同的網(wǎng)格時沒有切換渲染狀態(tài)，那么前后的網(wǎng)格，將使用同一種渲染狀態(tài)。
3.3 調(diào)用Draw Call
前面已經(jīng)提到了DrawCall，可能你已經(jīng)明白了，其實(shí)就是一個命令，發(fā)起方是CPU，接收方是GPU。
當(dāng)一個Draw Call調(diào)用時，GPU就會根據(jù)渲染狀態(tài)（材質(zhì)，紋理，著色器）和所有的頂點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，GPU流水線開始運(yùn)轉(zhuǎn)。
再次強(qiáng)調(diào)，
3.4 小結(jié)
第一步只需要1次加載就夠了，不用每次繪制都加載。 第二和第三，需要每次onDraw時設(shè)置。
這里也用繪制視頻或圖片的onDraw函數(shù)，來舉個栗子：
public void onDraw(int textureId)
? ?{
? ? ? ?GLES20.glClear(GLES20.GL_COLOR_BUFFER_BIT);
? ? ? ?GLES20.glClearColor(1f,0f, 0f, 1f);
? ? ? ?//設(shè)置渲染狀態(tài): program根據(jù)具體的shader編譯，這里就是指定用哪個shader
? ? ? ?GLES20.glUseProgram(program);
? ? ? ?//設(shè)置渲染狀態(tài)：指定紋理
? ? ? ?GLES20.glBindTexture(GLES20.GL_TEXTURE_2D, textureId);
? ? ? ?//設(shè)置渲染狀態(tài)：綁定VBO
? ? ? ?GLES20.glBindBuffer(GLES20.GL_ARRAY_BUFFER, vboId);
? ? ? ?//設(shè)置渲染狀態(tài)：指定頂點(diǎn)坐標(biāo)在VBO的從0開始，8個數(shù)據(jù)
? ? ? ?GLES20.glEnableVertexAttribArray(vPosition);
? ? ? ?GLES20.glVertexAttribPointer(vPosition, 2, GLES20.GL_FLOAT, false, 8,
? ? ? ? ? ? ? ?0);
? ? ? ?//設(shè)置渲染狀態(tài)：指定頂點(diǎn)坐標(biāo)在VBO的從8*4（float是4個字節(jié)）開始，8個數(shù)據(jù)
? ? ? ?GLES20.glEnableVertexAttribArray(fPosition);
? ? ? ?GLES20.glVertexAttribPointer(fPosition, 2, GLES20.GL_FLOAT, false, 8,
? ? ? ? ? ? ? ?vertexData.length * 4);
? ? ? ?//調(diào)用Draw Call, GPU 管線開始工作
? ? ? ?GLES20.glDrawArrays(GLES20.GL_TRIANGLE_STRIP, 0, 4);
? ? ? ?//繪制完成，恢復(fù)現(xiàn)場
? ? ? ?GLES20.glBindTexture(GLES20.GL_TEXTURE_2D, 0);
? ? ? ?GLES20.glBindBuffer(GLES20.GL_ARRAY_BUFFER, 0);
? ?}
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4 GPU處理 ----幾何階段
可以把幾何階段和光柵化階段放在一起，畫一張圖。
當(dāng)然了，上圖可能不全，中間可能還有些可選的步驟，我只是把最重要的列出來。
其中，藍(lán)色部分的頂點(diǎn)著色器，和片元著色器，是開發(fā)者完全可自定義編程的，也是大部分圖像開發(fā)同學(xué)需要關(guān)心的2個步驟。
4.1 頂點(diǎn)數(shù)據(jù)是什么
先來個基本說明：GPU認(rèn)識的數(shù)據(jù)，只有點(diǎn)，線，三角形。
這對應(yīng)1個頂點(diǎn)，2個頂點(diǎn)，3個頂點(diǎn)。這三個又稱為?圖元?。點(diǎn)和線一般在2D場景使用，在3D場景，基本是由N多個三角形，來拼接成一個物體模型。
下圖是一個人物模型的例子：
放大一些細(xì)節(jié)，發(fā)現(xiàn)都是三角形組合而成。而三角形的頂點(diǎn)，就是我們說的頂點(diǎn)坐標(biāo)。
所有的三角形貼上二維圖片紋理后，就是一個完整的圖像：
所以說，?頂點(diǎn)數(shù)據(jù)，一般會包含頂點(diǎn)坐標(biāo) + 紋理坐標(biāo)。
一個模型文件，一般會包含頂點(diǎn)坐標(biāo)，紋理坐標(biāo)，紋理本身（紋理可以有多張）等。舉個栗子，打開3D max的obj后綴的模型文件，就可以看到如下文本內(nèi)容：
4.2 頂點(diǎn)著色器
頂點(diǎn)著色器是GPU內(nèi)部流水線的第一步。
它的處理單位是頂點(diǎn)，也就是?每個頂點(diǎn)，都會調(diào)用一次頂點(diǎn)著色器?。
它的主要工作：坐標(biāo)轉(zhuǎn)換和逐頂點(diǎn)光照，以及準(zhǔn)備后續(xù)階段（如片元著色器）的數(shù)據(jù)。
坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，即把頂點(diǎn)坐標(biāo)從模型坐標(biāo)空間轉(zhuǎn)換到齊次裁切坐標(biāo)空間。
這里給一個Unity的shader代碼，Unity把頂點(diǎn)著色器和片元著色器的代碼，放到了一個文件中，不過Unity引擎會解析文件，轉(zhuǎn)換2個著色器代碼段，傳遞給GPU。
Shader "Unlit/SimpleUnlitTexturedShader"
{
? ?Properties
? ?{
? ? ? ?// 我們已刪除對紋理平鋪/偏移的支持，
? ? ? ?// 因此請讓它們不要顯示在材質(zhì)檢視面板中
? ? ? ?[NoScaleOffset] _MainTex ("Texture", 2D) = "white" {}
? ?}
? ?SubShader
? ?{
? ? ? ?Pass
? ? ? ?{
? ? ? ? ? ?CGPROGRAM
? ? ? ? ? ?// 使用 "vert" 函數(shù)作為頂點(diǎn)著色器
? ? ? ? ? ?#pragma vertex vert
? ? ? ? ? ?// 使用 "frag" 函數(shù)作為像素（片元）著色器
? ? ? ? ? ?#pragma fragment frag
? ? ? ? ? ?// 頂點(diǎn)著色器輸入
? ? ? ? ? ?struct appdata
? ? ? ? ? ?{
? ? ? ? ? ? ? ?float4 vertex : POSITION; // 頂點(diǎn)位置
? ? ? ? ? ? ? ?float2 uv : TEXCOORD0; // 紋理坐標(biāo)
? ? ? ? ? ?};
? ? ? ? ? ?// 頂點(diǎn)著色器輸出（"頂點(diǎn)到片元"）
? ? ? ? ? ?struct v2f
? ? ? ? ? ?{
? ? ? ? ? ? ? ?float2 uv : TEXCOORD0; // 紋理坐標(biāo)
? ? ? ? ? ? ? ?float4 vertex : SV_POSITION; // 裁剪空間位置
? ? ? ? ? ?};
? ? ? ? ? ?// 頂點(diǎn)著色器
? ? ? ? ? ?v2f vert (appdata v)
? ? ? ? ? ?{
? ? ? ? ? ? ? ?v2f o;
? ? ? ? ? ? ? ?// 將位置轉(zhuǎn)換為裁剪空間
? ? ? ? ? ? ? ?//（乘以模型*視圖*投影矩陣）
? ? ? ? ? ? ? ?o.vertex = mul(UNITY_MATRIX_MVP, v.vertex);
? ? ? ? ? ? ? ?// 僅傳遞紋理坐標(biāo)
? ? ? ? ? ? ? ?o.uv = v.uv;
? ? ? ? ? ? ? ?return o;
? ? ? ? ? ?}
? ? ? ? ? ?
? ? ? ? ? ?// 我們將進(jìn)行采樣的紋理
? ? ? ? ? ?sampler2D _MainTex;
? ? ? ? ? ?// 像素著色器；返回低精度（"fixed4" 類型）
? ? ? ? ? ?// 顏色（"SV_Target" 語義）
? ? ? ? ? ?fixed4 frag (v2f i) : SV_Target
? ? ? ? ? ?{
? ? ? ? ? ? ? ?// 對紋理進(jìn)行采樣并將其返回
? ? ? ? ? ? ? ?fixed4 col = tex2D(_MainTex, i.uv);
? ? ? ? ? ? ? ?return col;
? ? ? ? ? ?}
? ? ? ? ? ?ENDCG
? ? ? ?}
? ?}
}
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代碼已經(jīng)加了清晰的注釋。
appdata就是頂點(diǎn)著色器的輸入，包括頂點(diǎn)坐標(biāo)和紋理坐標(biāo)。
通常，頂點(diǎn)著色器只處理頂點(diǎn)坐標(biāo)，進(jìn)行空間轉(zhuǎn)換。 紋理坐標(biāo)，一般透傳給片元著色器。
vert函數(shù)就是頂點(diǎn)著色器的代碼。Unity引擎會翻譯成類似如下的，帶有main函數(shù)的GLSL代碼，然后去編譯：
attribute vec4 v_Position;
attribute vec4 f_Position;
uniform mat4 uMVPMatrix;
varying vec2 textureCoordinate;
void main()
{
? ?gl_Position = uMVPMatrix* v_Position;
? ?textureCoordinate = f_Position.xy;
}
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空間轉(zhuǎn)換代碼竟然及其簡單，就是坐標(biāo)乘于一個MVP矩陣！
接下來，我們就基于?MVP矩陣?，來展開說一下空間轉(zhuǎn)換的概念。
在開始前，先強(qiáng)調(diào)一下，?main函數(shù)會執(zhí)行幾次？答案是，有幾個頂點(diǎn)，就執(zhí)行幾次，且是并行的！
4.3 坐標(biāo)空間
什么是坐標(biāo)空間呢？其實(shí)他在我們生活中處處存在。例如，你跟朋友約定在博物館大門右轉(zhuǎn)100米處見面，這時候，你說的位置，是一個以博物館的大門為原點(diǎn)的空間。所以坐標(biāo)空間，是一個相對的概念。
在游戲世界中也一樣。
根據(jù)不同的參照物，可以分為?模型空間-世界空間-觀察空間-裁剪空間-屏幕空間。
在3D世界中，頂點(diǎn)坐標(biāo)有3個數(shù)據(jù)，是(x, y, z)，但為了方便做平移/旋轉(zhuǎn)/縮放等轉(zhuǎn)換，需要補(bǔ)充一個w分量。即(x, y, z,
w)，把這個4維的坐標(biāo)，稱為齊次坐標(biāo)。這些知識，見第五節(jié)的?附錄知識?。
接下來，我們來挨個討論這些空間。
4.3.1 模型空間
你在3D max制作了一個人物模型，該模型可以放到各種軟件中適配。
對模型內(nèi)部來說，有一個坐標(biāo)原點(diǎn)，比如就在心臟處，那身體各個部位相對于心臟，就有一個坐標(biāo)值；
每個模型對象，都有自己獨(dú)立的坐標(biāo)空間。所以也可以稱為?對象空間?或?局部空間?。
4.3.2 世界空間
可以把游戲中的一個地圖，作為一個小小的世界，地圖的中心，可以作為坐標(biāo)原點(diǎn)。人物模型作為一個整體，放到地圖中，就有了相對地圖中心的一個坐標(biāo)值。這就是世界空間。
把模型空間的坐標(biāo)，轉(zhuǎn)換到世界空間的坐標(biāo)，可以通過矩陣運(yùn)算得到。這個矩陣叫?Model Matrix?。
事實(shí)上，一個模型放到地圖中，可能會先縮放，然后旋轉(zhuǎn)或者平移。這3者都有對應(yīng)的矩陣，具體見?附錄?。
換言之，這個矩陣是由物體在地圖中的縮放，旋轉(zhuǎn)，平移參數(shù)決定的。
換算的目的，就是得到物體的某個頂點(diǎn)，在地圖中是個什么具體位置。
4.3.3 觀察空間
也可以稱為?攝像機(jī)空間
。觀察空間指的是，游戲地圖那么大，我們只能看到一部分內(nèi)容。于是在游戲地圖中，定義一個Camera，它也處于世界空間中。camera就相當(dāng)于我們的眼睛，camera照到哪里，哪里就是我們看到的畫面。
在3D游戲中，經(jīng)常就把Camera和用戶角色綁在一起。角色對象走到哪，Camera對象就移動到哪，效果便是，走到哪，就看到哪里的風(fēng)景！
所以地圖中的任何物體，如果把Camera作為坐標(biāo)原點(diǎn)，也有一個相對于Camera的坐標(biāo)值。以Camera為原點(diǎn)的空間，就是觀察空間了。
把世界空間的坐標(biāo)，換算到觀察空間，也可以通過矩陣運(yùn)算得到。這個矩陣叫?View Matrix?。
這個矩陣依賴什么參數(shù)呢？
首先，攝像機(jī)本身也位于世界坐標(biāo)系中，如果不考慮攝像機(jī)往哪里看，那其實(shí)就是很簡單的平移矩陣。
即，攝像機(jī)A坐標(biāo)如果是（-3， 0， 0）， 那攝像機(jī)就是從世界原點(diǎn)O平移（-3， 0，
0）的結(jié)果。如果把攝像機(jī)的坐標(biāo)作為新的原點(diǎn)，那原來的世界原點(diǎn)O，相當(dāng)于從攝像機(jī)平移（3， 0， 0）的結(jié)果。所以兩個坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣，近乎是一個平移矩陣。
當(dāng)然了，實(shí)際攝像機(jī)還有朝向，以及眼睛是正面看，還是倒立看。不知道啥是倒立看？看下圖
所以這個矩陣總用有三個因素影響。
來，一個函數(shù)解決煩惱，忘記復(fù)雜的計(jì)算過程。
glm::mat4 CameraMatrix = glm::LookAt(
? ?cameraPosition, // the position of your camera, in world space
? ?cameraTarget, ? // where you want to look at, in world space
? ?upVector ? ? ? ?// probably glm::vec3(0,1,0), but (0,-1,0) would make you looking upside-down, which can be great too
);
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4.3.4 裁減空間
裁減空間就是攝像機(jī)能看到的區(qū)域。這個區(qū)域成為?視椎體?。
它由6個平面組成，這些平面也成為?裁減平面?。?視椎體?有兩種類型，涉及兩種投影方式。一個是?透視投影?，一個是?正交投影
。
完全位于這塊空間的圖元，會被保留；
完全位于空間之外的圖元，完全丟棄；
和空間邊界相交的圖元，會被裁減。
下圖是一個透視投影的示意圖。人物完全在視椎體內(nèi)，所以右下角的小圖，是最終用戶看到的2D畫面樣子。
當(dāng)然了，圖中的Near 和Far，我是為了顯示方便，設(shè)置了比較小的值。實(shí)際游戲中，Near和Far差別很大，比如Near = 0.1, Far =
1000。這跟人眼可看的范圍是差不多的，近到貼眼睛的東西看不見，非常遠(yuǎn)的東西，也看不見。
那么，如何判斷一個東西就在視椎體內(nèi)呢？
答案是通過一個投影矩陣，把頂點(diǎn)轉(zhuǎn)換到一個裁減空間。
這個矩陣，基本上由攝像機(jī)的參數(shù)決定。
參數(shù)示意圖如下：
FOV代表視角的度數(shù)（Field of View）；
Near和Far是攝像機(jī)原點(diǎn)，距離裁切面的距離；
AspectRatio是裁切面的寬高比；
從觀察空間到裁減空間的變化矩陣，咱成為?Projection Matrix?。
矩陣可以用一個函數(shù)來生成：
// Generates a really hard-to-read matrix, but a normal, standard 4x4 matrix nonetheless
glm::mat4 projectionMatrix = glm::perspective(
? ?glm::radians(FoV), // The vertical Field of View, in radians: the amount of "zoom". Think "camera lens". Usually between 90° (extra wide) and 30° (quite zoomed in)
? ?AspectRatio, ? ? ? // Aspect Ratio. Depends on the size of your window. such as 4/3 == 800/600 == 1280/960, sounds familiar
? ?Near, ? ? ? ? ? ? ?// Near clipping plane. Keep as big as possible, or you'll get precision issues.
? ?Far ? ? ? ? ? ? // Far clipping plane. Keep as little as possible.
);
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具體公式生成原理，這里就不展開了，詳情自行g(shù)oogle或者看這里：https://zhuanlan.zhihu.com/p/104768669。
投影矩陣雖然有投影兩個字，但是沒有做真正的投影。而是在做投影的準(zhǔn)備工作。 投影要到下一步，到屏幕空間的轉(zhuǎn)換，才使用。
進(jìn)行投影矩陣運(yùn)算后，或者說，到了裁剪空間后，w值就不一定是0和1了，有特殊的含義。具體而言，如果一個頂點(diǎn)在視椎體內(nèi)，那么它變換后的坐標(biāo)，必須滿足：
-w <= x <= w
-w <= y <= w
-w <= z <= w
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不符合要求的，要么剔除，要么裁減。
舉個例子：
一個人物模型的手的一個頂點(diǎn)坐標(biāo)，到觀察空間的坐標(biāo)是
【9, 8.81, -27.31, 1】
經(jīng)過換算到裁減空間，值是
【11.691， 15.311， 23.69， 27.3】
那么，該頂點(diǎn)是在裁減空間內(nèi)，可以被顯示。
前面都是以透視投影來說明的。那么，正交投影跟透視投影啥區(qū)別呢？透視投影：越遠(yuǎn)的東西，呈現(xiàn)在屏幕的越??； 正交投影，遠(yuǎn)和近的同樣大小東西，呈現(xiàn)在屏幕上一樣大?。
來一張親手繪制的圖，你就知道我的意思了！
從上面可知，透視投影更有3D效果，正交透明則沒有，比較適合2D游戲。
4.3.5 屏幕空間
屏幕空間是一個二維空間了。也是我們將要看到的畫面，也是最后一個需要知道的空間了（是不是長吁一口氣，哈哈）
要把頂點(diǎn)從裁減空間轉(zhuǎn)換到屏幕空間，三維變二維了，所以所叫?投影?。
這個投影主要做兩件事：
第一，需要進(jìn)行?齊次除法?。不要覺得復(fù)雜，其實(shí)就是用w分量去處于x, y, z分量。在Open GL中，把這一步得到的坐標(biāo)，叫做?歸一化的設(shè)備坐標(biāo)?（Normalized Device Coordinates, NDC）。
NDC的x, y, z的有效值范圍，都是?負(fù)1到1?。在這個值之外的，就是被剔除的點(diǎn)。
下圖是NDC的示意圖。看起來，是一個長寬高取值范圍為[-1,1]的立方體。
NDC存在意義，第二步。
第二，需要映射到屏幕，得到屏幕坐標(biāo)。在openGL中，屏幕的左下角的像素坐標(biāo)是（0， 0），右上角是（pixelWidth, pixelHeight）。
比如歸一化坐標(biāo)是（x, y），屏幕寬高是（w，h），那么，屏幕坐標(biāo)是
Sx = x*w + w/2
Sy = y*h + h/2
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你是不是想說，NDC的z分量不要了？
不會不會， z分量也有很大的價值，它作為深度緩沖。比如，如果之后有2個頂點(diǎn)，屏幕坐標(biāo)都一樣，且都不透明，那就看深度緩沖了，誰離攝像頭近，誰就顯示。
需要強(qiáng)調(diào)的是，從裁減空間到屏幕空間的轉(zhuǎn)換，是由底層幫我們完成的，不需要代碼實(shí)現(xiàn)。
頂點(diǎn)著色器，只需要把頂點(diǎn)，從模型空間轉(zhuǎn)換到裁減空間即可?。
在片元著色器，可以得到該片元在屏幕空間的位置。
4.4 頂點(diǎn)坐標(biāo)變換總結(jié)
回到4.2節(jié)，我們說了一個MVP矩陣，現(xiàn)在終于知道了，它代表了一個可以把頂點(diǎn)從模型空間轉(zhuǎn)換到裁減空間的矩陣！
這個矩陣，又是由?模型矩陣 * 觀察矩陣 * 投影矩陣?相乘得到的！
用一張圖來說明一下：
這和4.2節(jié)的這段代碼，終于對上了：
o.vertex = mul(UNITY_MATRIX_MVP, v.vertex);
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這個宏?UNITY_MATRIX_MVP?，就是圖中的MVP矩陣。
當(dāng)你確定了模型位置/旋轉(zhuǎn)/縮放，就有了Model Matrix。當(dāng)確定了攝像機(jī)位置，朝向，就有了View
Matrix。當(dāng)確定了攝像機(jī)的FOV視角，近遠(yuǎn)裁切面的距離等，就有了Projection Matrix。
三者都確定了，相乘，MVP Matrix也就確定了。
所以頂點(diǎn)著色器非常的簡單，乘于一個固定MVP矩陣就OK了！然后就得到了?裁減空間?下的坐標(biāo)。
接著，GPU幫你裁減，轉(zhuǎn)換NDC坐標(biāo)，屏幕映射，幾何階段完美收工??！
4.5 視頻播放的頂點(diǎn)數(shù)據(jù)回顧
咱們再往回看3.1節(jié)，那是一個視頻播放的例子，頂點(diǎn)坐標(biāo)用了：
? ?private float[] vertexData = {
? ? ? ? ? ?-1f, -1f,
? ? ? ? ? ?1f, -1f,
? ? ? ? ? ?-1f, 1f,
? ? ? ? ? ?1f, 1f
? ?};
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為什么這么簡單？因?yàn)樗鼉H用于視頻播放，畫面是矩形。只需要4個頂點(diǎn)，頂點(diǎn)坐標(biāo)就是二維的，8個數(shù)字，代表4個頂點(diǎn), z值默認(rèn)為0， w值默認(rèn)為1。
如果非要自己把數(shù)據(jù)寫完整，那就是
? ?private float[] vertexData = {
? ? ? ? ? ?-1f, -1f, 0f, 1f,
? ? ? ? ? ?1f, -1f, ?0f, 1f,
? ? ? ? ? ?-1f, 1f, ?0f, 1f,
? ? ? ? ? ?1f, 1f, ?0f, 1f,
? ?};
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所以，這里的頂點(diǎn)坐標(biāo)，和裁減空間下的值是一樣的。
換句話說，視頻播放不用關(guān)心什么世界空間，觀察空間了，因?yàn)槭嵌S的，沒有這些空間，MVP矩陣就是一個單位矩陣。
另外，因?yàn)閣值為1，所以NDC下的坐標(biāo)，跟裁減空間是一樣的。
4.3.5節(jié)，提到了NDC坐標(biāo)，是一個三維的正方體。
如果不考慮z，那么NDC坐標(biāo)，是一個二維的正方形。
二維的NDC，如下圖所示：
視頻播放的頂點(diǎn)坐標(biāo)，都可以用上圖作為參考。 即，頂點(diǎn)用于是4個，值，保證負(fù)一到一。
說完了頂點(diǎn)，再說一下openGL紋理坐標(biāo)系，紋理只有二維的，不敢是視頻播放還是3D世界，都是二維。
坐標(biāo)系定義如下：
回到3.1節(jié)，我們在加載頂點(diǎn)數(shù)據(jù)時，也包含了對應(yīng)的紋理坐標(biāo)：
? ?//紋理坐標(biāo)數(shù)據(jù)
? ?private float[] fragmentData = {
? ? ? ? ? ?0f, 0f,
? ? ? ? ? ?1f, 0,
? ? ? ? ? ?0f, 1f,
? ? ? ? ? ?1f, 1f
? ?};
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從數(shù)據(jù)可見，頂點(diǎn)坐標(biāo)和紋理坐標(biāo)有一一對應(yīng)關(guān)系，比如頂點(diǎn)坐標(biāo)左下角位置（-1,-1），對應(yīng)紋理坐標(biāo)左下角位置（0， 0）。
最后，來看一下3.1節(jié)對應(yīng)的頂點(diǎn)著色器代碼，也是簡單到令人發(fā)指：
attribute vec4 v_Position;
attribute vec4 f_Position;
varying vec2 textureCoordinate;
void main()
{
? ?gl_Position = v_Position;
? ?textureCoordinate = f_Position.xy;
}
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注意，這個和4.2節(jié)不太一樣，這一段已經(jīng)是可以直接給openGL編譯的shader，4.2節(jié)是unity封裝的代碼形式，最后Unity的引擎，也會翻譯成類似上面的代碼，有main函數(shù)。
v_Position是外部輸入的頂點(diǎn)坐標(biāo)，?gl_Position?是全局內(nèi)建變量，代表最后在裁減空間下的坐標(biāo)。
如果上面的shader非要使用到MVP矩陣，也是可以的，只不過，這個MVP是一個單位矩陣。乘于單位矩陣，還是一樣的值。
即
gl_Position = mvpMatrix * v_Position;
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5 GPU處理 ---- 光柵化階段
光柵化的主要任務(wù)：計(jì)算每個圖元都覆蓋了哪些像素，然后給這些像素著色。
5.1 三角形設(shè)置與遍歷
三角形設(shè)置：
這是光柵化流水線的第一個階段。
這個階段會計(jì)算光柵化一個三角網(wǎng)格所需的信息。
具體而言，上一個階段輸出的，都是在屏幕上的二維的三角網(wǎng)格的頂點(diǎn)。即我們得到的是三角網(wǎng)格每條邊的兩個端點(diǎn)。但如果要得到整個三角網(wǎng)格對像素的覆蓋情況，我們就必須計(jì)算每條邊上的像素坐標(biāo)。為了能夠計(jì)算邊界像素的坐標(biāo)信息，我們就需要得到三角形邊界的表示方式。這樣一個計(jì)算三角網(wǎng)格表示數(shù)據(jù)的過程就叫做三角形設(shè)置。它的輸出是為了給下一個階段做準(zhǔn)備。
三角形遍歷：
三角形遍階段將會檢查?每個像素?是否被一個三角網(wǎng)格所覆蓋。如果被覆蓋的話，就會生成一個片元,而這樣一個找到哪些像素被三角網(wǎng)格覆蓋的過程就是?三角形遍歷?。三角形遍歷階段會根據(jù)上一個階段的計(jì)算結(jié)果來判斷一個三角網(wǎng)格覆蓋了哪些像素，并使用三角網(wǎng)格3個頂點(diǎn)的頂點(diǎn)信息對整個覆蓋區(qū)域的像素進(jìn)行?插值?。下圖展示了三角形遍歷階段的簡化計(jì)算過程。
根據(jù)幾何階段輸出的頂點(diǎn)信息，得到三角網(wǎng)格覆蓋的像素位置。對應(yīng)的像素會生成一個片元，片元中的狀態(tài)，由三角形的頂點(diǎn)信息，進(jìn)行差值計(jì)算得到。
像上圖的三角網(wǎng)格，共產(chǎn)生了8個片元。
你一定想知道，?繪制一幀，到底會產(chǎn)生多少片元？
可以這么說，如果僅僅簡單的二維使用，比如視頻播放，那三角形就4個頂點(diǎn)，鋪在了屏幕的4個角落，沒有任何深度，此時?片元數(shù)量就是屏幕的寬*高
，這應(yīng)該很容易理解，如下圖。
總共就2個三角形，深度都一樣，也就是沒有重疊的三角形，遍歷
但如果是3D游戲，就不一定了。
比如游戲中這種場景，有好幾個物理模型，模型有重疊。比如石頭后面有個房子。
繪制一幀，有多個模型需要繪制，每個模型可能都要調(diào)用一次Draw Call。一次Draw Call，可能就要產(chǎn)生一些片元。
所有物體都繪制的話，基本上所有屏幕像素坐標(biāo)，都有網(wǎng)格覆蓋到，且在某些像素坐標(biāo)上，會有重疊的片元。
例如，石頭的箭頭區(qū)域像素，所對應(yīng)的三角形網(wǎng)格，跟房子的三角形網(wǎng)格，都會計(jì)算出片元，兩者的x, y一樣，但是深度z不一樣而已。
所以，?3D游戲場景，片元數(shù)量 >= 屏幕寬 * 高
5.2 片元著色器
片元著色器也是可以自定義的代碼，主要是給片元上色。
先來一段用于視頻播放渲染的著色器代碼：
varying highp vec2 textureCoordinate;// 片元對應(yīng)的紋理坐標(biāo)，又頂點(diǎn)著色器的varying變量會傳遞到這里
uniform sampler2D sTexture; ? ? ? ? ?// 外部傳入的圖片紋理 即代表整張圖片的數(shù)據(jù)
void main()
{
? ? gl_FragColor = texture2D(sTexture, textureCoordinate); ?// 從紋理中，找到坐標(biāo)為textureCoordinate的顏色，賦值給gl_FragColor
}
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是不是發(fā)現(xiàn)很簡單？！就是根據(jù)紋理坐標(biāo)，采樣一下顏色，賦值給gl_FragColor就可以，作為該片元的最后顏色！
這意味著，最終顏色完全在你控制范圍內(nèi)，現(xiàn)在很多視頻特效處理，就是在這個片元著色器上作文章。
舉個栗子，我們想要對一個視頻播放，看到的是黑白峰哥畫面：
#extension GL_OES_EGL_image_external : require
precision mediump float;
varying vec2 vCoordinate;
uniform samplerExternalOES uTexture;
void main() {
?vec4 color = texture2D(uTexture, vCoordinate);
?float gray = (color.r + color.g + color.b)/3.0;
?gl_FragColor = vec4(gray, gray, gray, 1.0);
}
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把rgb做了一個簡單的均值，然后最后的顏色，rgb分量一樣（意味著是白色到黑色之間，gray為0黑色，gray為255，白色，gray為兩者之間，灰色），就可以得到一個黑白的顏色。然后賦值給片元，一個簡單的黑白濾鏡就完成了。
需要強(qiáng)調(diào)的是，片元著色器也是并行執(zhí)行的，有幾個片元，就執(zhí)行幾個！GPU有非常強(qiáng)大的并行計(jì)算能力。
5.3 逐片元操作
逐片元操作（PerFragment Operations）是openGL的說法，在DirectX中，成為輸出合并混合階段。
這個階段的主要任務(wù)：
（1） 做模板測試，深度測試等工作，來決定每個片元的可見性！
（2）片元通過測試，把這個片元的顏色值和已經(jīng)存儲在顏色緩沖區(qū)的顏色，或者叫?混合?。
5.3.1 模板測試
這個是可選的。模板數(shù)據(jù)放在模板緩沖（Stencil Buffer）。
模板啥意思呢？很簡單，比如不管場景如何繪制，我只想看到屏幕的一個中間圓形區(qū)域，其他區(qū)域都不可見。
舉個模板例子：
片元的坐標(biāo)如果在可見區(qū)域外，則直接丟棄。
5.3.2 深度測試
如果開啟，會把該片元的深度值，即z值，和已經(jīng)存在于深度緩沖區(qū)的深度值（如果有）進(jìn)行比較。比較的方法，可以配置。默認(rèn)是，大于等于時，舍棄片元，小于時，保留該片元。這也可以理解，深度越大，說明離Camera越遠(yuǎn)，被離Camera近的擋住了，所以沒必要顯示。
5.3.3 混合Blending
如果通過了前面的測試，那就要進(jìn)入混合階段了。這個也是可配置的。
為什么要合并？?因?yàn)橐粠瑘D像生成，需要逐個繪制物體模型，每畫一次，就會刷新一次顏色緩沖區(qū)。當(dāng)我們執(zhí)行某次渲染時，只要不是第一次，那顏色緩沖區(qū)就有上一次渲染物體的結(jié)果?。
那么，對同樣屏幕坐標(biāo)的位置，是用上一次的顏色，還是這一次的顏色，還是混合在一起？這就是這個階段要考慮的。
對半透明物體，需要開啟混合功能，因?yàn)樾枰梢钥匆娨呀?jīng)在顏色緩沖區(qū)的顏色，所以需要混合一下，才能體現(xiàn)出透明的效果。
對不透明的物體，開發(fā)者可以關(guān)閉混合功能，畢竟，只要通過了深度測試，一般說明要保留該片元，可以直接用該片元的顏色，覆蓋掉顏色緩沖區(qū)的顏色。
5.3.4 圖像輸出-雙緩沖
首先，屏幕顯示的，就是顏色緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)。
在繪制一幀圖像的過程中，顏色緩沖區(qū)正在不停的被覆蓋，混合中。這個過程，肯定不能讓用戶看到。所以，GPU會使用雙緩沖策略來接問題。
FrontBuffer繪制好了，交給屏幕顯示，然后把BackBuffer空閑出來，下一次的渲染，就用BackBuffer。
畫個圖就清晰了。
繪制完一幀圖像，調(diào)用一下eglSwapBuffers，就可以切換緩沖區(qū)。
6 性能討論
6.1 性能瓶頸在哪里
先說結(jié)論：?一般在CPU階段，提交命令的耗時。Draw Call數(shù)量越多，越可能造成性能問題。
在每次調(diào)用Draw
Call之前，CPU都要向GPU發(fā)送很多內(nèi)容，比如數(shù)據(jù)，狀態(tài)，命令等。CPU完成了準(zhǔn)備工作，提交了命令，GPU才可以開始工作。GPU渲染能力很強(qiáng)，渲染100個三角形網(wǎng)格和10000個三角形網(wǎng)格，區(qū)別不大。所以，GPU渲染速度往往優(yōu)于CPU提交命令的速度?。很多時候，都是GPU處理完了命令緩沖區(qū)，空閑等待，CPU還在賣力準(zhǔn)備數(shù)據(jù)中！
這好比像，我們有很多txt文件，比如1000個，如果1000個拷貝到另一個文件夾，就很慢。如果把它打包正一個tar包，哪怕不壓縮，一次拷貝到另一個文件夾，那也比較快。
為啥呢？因?yàn)閏py本身很快，耗時主要在每次cpy之前，還要分配內(nèi)存，創(chuàng)建元數(shù)據(jù)，文件上下文啥的！
如果地圖中有N個物體模型，渲染一幀完整圖像，可能就要調(diào)用N次Draw Call
，而每一次的調(diào)用，CPU都需要做很多前置工作（改變渲染狀態(tài)），那么CPU必然不堪重負(fù)。所以需要有針對性的性能優(yōu)化。
6.2 性能如何優(yōu)化
我們先來看看Draw Call對CPU的消耗大概是一個什么級別的量：
NVIDIA 在 GDC 曾提出，25K batchs/sec 會吃滿 1GHz 的 CPU，100%的使用率。
公式：
DrawCall_Num = 25K * CPU_Frame * CPU_Percentage / FPS
DrawCall_Num ： DrawCall數(shù)量（最大支持）
CPU_Frame : CPU 工作頻率（GHZ單位）
CPU_Percentage：CPU 分配在drawcall這件事情上的時間率 （百分比）
FPS：希望的游戲幀率
比如說我們使用一個高通820，工作頻率在2GHz上，分配10%的CPU時間給drawcall上，并且我們要求60幀，那么一幀最多能有83個drawcall（25000
2?10%/60 = 83.33）, 如果分配是20%的CPU時間，那就是大概167。
所以對drawcall的優(yōu)化，主要就是為了盡量解放CPU在調(diào)用圖形接口上的開銷。針對drawcall我們主要的思路就是?每個物體盡量減少渲染次數(shù)，多個物體最好一起渲染，或者叫，批處理（batching）?。
什么樣的物體可以批處理呢？
答案是?使用同一種材質(zhì)的物體?。
同一個材質(zhì)的物理，意味著，只有頂點(diǎn)數(shù)據(jù)不一樣，但是使用的紋理，頂點(diǎn)著色器，片元著色器的代碼，都一樣！
所以我們可以把這些物體的頂點(diǎn)數(shù)據(jù)合并成一個，再發(fā)給GPU，再調(diào)用一次DrawCall。
Unity引擎支持兩種批處理方式：?靜態(tài)批處理?和?動態(tài)批處理?。其他游戲引擎的處理方式，不再這里贅述。
6.2.1 Unity靜態(tài)批處理
靜態(tài)批處理，不限制模型的頂點(diǎn)數(shù)量，它只在運(yùn)行開始階段，它只在運(yùn)動開始階段，合并一次模型。這要求這些物理不能被移動！
優(yōu)點(diǎn)?是，合并制作一次，后面渲染不用合并，節(jié)約性能。
缺點(diǎn)?是，可能占用較多內(nèi)存。比如，沒用靜態(tài)處理，?一些物體共享了網(wǎng)格
，比如地圖有100個樹木，共享一個模型。如果把這些變成靜態(tài)批處理，需要100倍的頂點(diǎn)數(shù)據(jù)內(nèi)存。
6.2.2 Unity動態(tài)批處理
動態(tài)批處理，則每一幀渲染，都需要合并一次模型網(wǎng)格。
優(yōu)點(diǎn)?是，這些物體可以被移動。
缺點(diǎn)?是，因?yàn)槊看我喜?，需要有一些限制，比如，頂點(diǎn)數(shù)目不能超過300（不同Unity版本不一樣）。
7 附錄知識
7.1 什么是齊次坐標(biāo)
齊次坐標(biāo)就是用N+1維來代表N維坐標(biāo)。
例如笛卡爾坐標(biāo)系的坐標(biāo)(x, y, z)，用(x, y, z, w)來表示。坐標(biāo)可以是點(diǎn)，或向量。
目的：
區(qū)分向量或者點(diǎn)。輔助 平移T、旋轉(zhuǎn)R、縮放S這3個最常見的仿射變換
引經(jīng)據(jù)典：
齊次坐標(biāo)表示是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的重要手段之一，它既能夠用來明確區(qū)分向量和點(diǎn)，同時也更易用于進(jìn)行仿射幾何變換。
—— F.S. Hill, JR 《計(jì)算機(jī)圖形學(xué) (OpenGL 版)》作者
關(guān)于區(qū)分向量和點(diǎn)，指的是：
(1) 從普通坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成齊次坐標(biāo)時
如果(x,y,z)是個點(diǎn)，則變?yōu)?x,y,z,1);
如果(x,y,z)是個向量，則變?yōu)?x,y,z,0)
(2) 從齊次坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成普通坐標(biāo)時
如果是(x,y,z,1)，則知道它是個點(diǎn)，變成(x,y,z);
如果是(x,y,z,0)，則知道它是個向量，仍然變成(x,y,z)
關(guān)于平移，旋轉(zhuǎn)，縮放，且慢慢道來。
7.2 平移矩陣
平移矩陣是最簡單的變換矩陣。平移矩陣是這樣的：
其中，X、Y、Z是點(diǎn)的位移增量。
例如，若想把向量(10, 10, 10, 1)沿X軸方向平移10個單位，可得：
看到?jīng)]，如果平移要用矩陣來運(yùn)算，矩陣必須是4x4的，那點(diǎn)（10， 10， 10）只能增加一維w，才能被計(jì)算（矩陣乘法的要求，m?n的矩陣，只能乘于n?t
的矩陣）。
7.3 縮放矩陣
縮放也很簡單
例如把一個向量（點(diǎn)或方向皆可）沿各方向放大2倍：
7.4 旋轉(zhuǎn)矩陣
這個稍微復(fù)雜一些，沿著X, Y, Z軸的旋轉(zhuǎn)不一樣，不過最后還是一個矩陣。這里不再單獨(dú)展開。有興趣可以參考：
7.5 組合變換
上面介紹了旋轉(zhuǎn)、平移和縮放的運(yùn)算方法。把這些矩陣相乘就能將它們組合起來，例如：
TransformedVector = TranslationMatrix * RotationMatrix * ScaleMatrix *
OriginalVector;
注意，是先執(zhí)行縮放，接著旋轉(zhuǎn)，最后才是平移。?這就是矩陣乘法的工作方式，也是我們對3D模型放到地圖中的常用操作方式。
3個矩陣相乘，還是一個矩陣，這就是組合變換的矩陣，所以最后也可以寫成：
TransformedVector = TRSMatrix * OriginalVector;
參考
Android OpenGL ES 1.基礎(chǔ)概念
計(jì)算機(jī)組成原理–GPU
[ 計(jì)算機(jī)那些事(8)——圖形圖像渲染原理 ](http://chuquan.me/2018/08/26/graphics-rending-
principle-gpu/)
[ opengl-tutorial ](http://www.opengl-tutorial.org/cn/beginners-
tutorials/tutorial-3-matrices/)
[ Unity文檔 ](https://docs.unity3d.com/cn/2019.4/Manual/SL-
VertexFragmentShaderExamples.html)
光柵化階段設(shè)置
關(guān)于Drawcall
