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渲染管線整體流程分為主要四個階段：

1. 應(yīng)用階段

2. 幾何階段

3. 光柵化階段

4. 逐片元操作（在一些資料中這個階段也并入光柵化階段）

   
   

1.應(yīng)用階段

是一般圖形渲染管線概念上的第一個階段，通過軟件方式在CPU上實現(xiàn)，開發(fā)者能夠?qū)υ撾A段進(jìn)行完全控制。在這一階段中所有數(shù)據(jù)需要從硬盤（HDD）加載到系統(tǒng)內(nèi)存（RAM）中。然后將數(shù)據(jù)加載到顯卡的儲存空間顯存中（VRAM）。

其中又可細(xì)分為下圖中幾個階段

（1）準(zhǔn)備基本場景數(shù)據(jù)

物體數(shù)據(jù)：變換數(shù)據(jù)（位置，旋轉(zhuǎn)，縮放等）網(wǎng)格數(shù)據(jù)（頂點(diǎn)位置，UV貼圖等）

光源信息：光源類型（方向光，點(diǎn)光，聚光等），顏色，位置方向角度等

攝像機(jī)參數(shù)：位置，方向，近遠(yuǎn)裁剪平面，正交透視，視口比例尺寸等

陰影信息：是否開啟，判斷光源范圍內(nèi)是否有可投射陰影物體，陰影強(qiáng)度等參數(shù)

（2）加速算法，粗粒度剔除等

碰撞檢測，加速算法，輸入檢測，動畫，力反饋，紋理動畫，變換仿真，幾何變形

（3）設(shè)置渲染狀態(tài)，準(zhǔn)備渲染參數(shù)

渲染設(shè)置：合批方式，光源屬性材質(zhì)，使用哪個頂點(diǎn)/片元著色器等

繪制物體的順序：材質(zhì)RenderQueue，UICanvas，相對攝像機(jī)距離等等

渲染目標(biāo)：FrameBuffer，RenderTexture

渲染模式：前向渲染，延遲渲染

（4）輸出到顯存

頂點(diǎn)數(shù)據(jù)：位置顏色法線紋理uv等

其他收據(jù)：MVP變換，紋理貼圖，其他數(shù)據(jù)

在這些都完成之后 CPU就會調(diào)用一個渲染命令DrawCall來調(diào)用GPU

GPU和CPU之間有一個命令緩沖區(qū)，可以實現(xiàn)相互獨(dú)立工作

提交大量很小的DrawCall會造成CPU性能瓶頸

可以使用批處理合并過程一個大的DrawCall

2.幾何階段

幾何階段主要負(fù)責(zé)大部分多邊形操作和頂點(diǎn)操作

其中頂點(diǎn)著色前模型視圖變換后 中間可選曲面細(xì)分著色器，幾何著色器等頂點(diǎn)處理

（1）模型和視圖變換 Model and View Transform

為了方便投影和裁剪，需要對相機(jī)和所有模型進(jìn)行視點(diǎn)變換，模型變換是為了讓模型變換到合適的渲染空間中，視圖變換為了讓相機(jī)位于原點(diǎn)，同時朝向z軸負(fù)方向。這個空間通常稱為觀察空間或相機(jī)空間。

（1.5）曲面細(xì)分著色器，幾何著色器

在曲面細(xì)分中可以使用合適的細(xì)分算法，生成高精度網(wǎng)格提升細(xì)節(jié)

在幾何中可以添加額外vertex 轉(zhuǎn)換為新的圖元

a.曲面細(xì)分著色器 Tessellation Shader

主要由三部分構(gòu)成，其中Hull Shader和Domain Shader是可編程的

他的輸入是多個頂點(diǎn)的集合，包含每個頂點(diǎn)屬性，可以指定一個Patch包含的頂點(diǎn)數(shù)以及自己的屬性。

作用就是將圖元細(xì)分（可以是三角形 矩形等） 輸出細(xì)分后的頂點(diǎn)

<1>Hull Shader

主要作用是來定義一些細(xì)分的參數(shù)，比如每一條線上邊上如何細(xì)分

參數(shù)解析：

·Tesselation Factor：決定一個邊分為幾部分

equal_Spacing：幾就幾等分

fractional_even_spacing：最小值2向上取最小偶數(shù)，把周長分為n-2的等長部分以及兩端不等長部分

fractional_odd_spacing：最小值1 向上取最近的奇數(shù)，把周長分為n-2個不等長部分以及兩端不等長部分

·Inner Tessellation Factor：決定內(nèi)部如何畫，通過延長線做交點(diǎn)直到不能做為止

<2>Tessellation Primitive Generator

進(jìn)行細(xì)分操作

<3>Domain Shader

細(xì)分后的空間是重心空間，Domain Shader要把他轉(zhuǎn)換到我們要用的空間

b. 幾何著色器 Geometry Shader

輸入為圖元(三角形，矩形，線等)根據(jù)圖元的不同，shader中會出現(xiàn)對應(yīng)不同數(shù)量的頂點(diǎn)

輸出同樣為圖元,一個或多個，需要自己從頂點(diǎn)構(gòu)建，順序很重要

同時需要定義最大輸出的頂點(diǎn)數(shù)

（2）頂點(diǎn)著色 Vertex Shading

著色計算的一部分在頂點(diǎn)著色著色器上執(zhí)行，其他計算可在光柵化期間進(jìn)行，頂點(diǎn)著色的數(shù)據(jù)計算完畢后會發(fā)送到光柵化階段進(jìn)行插值操作。

（3）投影 Projection

投影是為了將視體變換到規(guī)范立方體（CVV）中，目前主要有兩種投影方式：正交投影（orthographic projection）和透視投影（perspective projection）

（4）裁剪Clipping

主要是對于部分位于內(nèi)部的圖元進(jìn)行裁剪操作，將單位立方體之外的圖元剔除掉，保留內(nèi)部，產(chǎn)生一個新圖元

（5）屏幕映射 Screen Mapping

屏幕映射主要目標(biāo)就是找到在屏幕坐標(biāo)系上的對應(yīng)位置

3.光柵化階段

這個階段完成從二維頂點(diǎn)所處屏幕空間到屏幕上像素的轉(zhuǎn)換，光柵化中不只是會處理三角形圖元（含有Triangle只是因為大部分是三角形） 同樣也要處理點(diǎn)線等其他圖元，以方便后續(xù)的Pixel Processing

（1）三角形設(shè)置Triangle Setup

在這里會計算每條邊上的像素坐標(biāo)，得到三角形邊界的表示方式，以幾何階段處理的各種著色數(shù)據(jù)的插值操作

（2）三角形遍歷

會逐像素進(jìn)行檢查 判斷該像素中心是否由三角形覆蓋。每個三角形片段的屬性由三個三角形頂點(diǎn)數(shù)據(jù)插值形成。

通過向量叉乘可以快速判斷是否在三角形內(nèi)，

處理邊界上的點(diǎn)不同的API規(guī)定不同。

目前比較傳統(tǒng)的劃分方式為Standard Rasterization除此外DX11還引入了兩種新遍歷類型Conservative Rasterization CR。

在此圖中常規(guī)方法是取黃色+綠色 在outer-CR在取綠+黃+藍(lán) 在inner-CR只取綠

對于插值方法常用的有三種：

最近鄰Nearest Neighbor，距離Distance和重心坐標(biāo)coordinate system

下面淺談一下重心坐標(biāo)的解決方法：

三角形平面內(nèi)任意一點(diǎn)都可以用三個點(diǎn)的坐標(biāo)線性表示出來

如果都非負(fù)那么就在三角形內(nèi)

重心坐標(biāo)計算可以用面積來計算

但有更加方便的方法 叉乘計算

之后就可以對頂點(diǎn)的各個屬性 如顏色，法線等進(jìn)行插值

4.逐片元操作

逐片元階段主要是為給各個像素填上正確顏色與正確的可見性，得到相應(yīng)圖像信息

（1）像素著色階段

通過插值得到的著色數(shù)據(jù)計算出一種或多種顏色信息傳入下一階段。在這一階段中有大量的技術(shù)可使用（如紋理貼圖等）。

但他局限在于僅可影響單個片元，不可以將自己的任何結(jié)果發(fā)給鄰居（但個人認(rèn)為實際操作可以rendertex進(jìn)行這樣操作，有點(diǎn)費(fèi)就是了）

（2）融合Merging

通常運(yùn)行階段的GPU子單元并非完全可編程，但可高度配置，支持多種效果。

在此階段不僅要通過模板測試 深度測試等進(jìn)行可見性測試，還要將當(dāng)前儲存于緩沖中的顏色與當(dāng)前顏色進(jìn)行合并。

其中模板測試和深度測試分別主要通過模板緩沖器和Z緩沖區(qū)實現(xiàn)

除此之外還有累計緩沖區(qū)，alpha通道等來過濾和捕獲片段信息。

5.其他操作

在渲染流程完成之后，再對最后輸出的結(jié)果進(jìn)行處理，簡稱后處理

參考：

1.渲染流水線 - 知乎 (zhihu.com)

Unity Shader入門精要