作用：1.物體3D坐標(biāo)轉(zhuǎn)成屏幕2D坐標(biāo) 2.對屏幕每個像素點進(jìn)行著色

流程：頂點數(shù)據(jù)的輸入、頂點著色器、曲面細(xì)分過程、幾何著色器、圖元組裝、裁剪剔除、光柵化、片段著色器以及混合測試（每個前一階段輸出均為該階段輸入）（頂點著色器、曲面細(xì)分相關(guān)著色器、幾何著色器和片段著色器可以編程）

頂點數(shù)據(jù)：頂點坐標(biāo)、紋理坐標(biāo)、頂點法線和頂點顏色。

頂點著色器：將輸入局部坐標(biāo)變換為世界坐標(biāo)，觀察坐標(biāo)和裁剪坐標(biāo)。輸入：頂點及其屬性。輸出：變換后的頂點

曲面細(xì)分（可選）：利用鑲嵌化處理技術(shù)對三角面進(jìn)行細(xì)分從而增加物體表面的三角面的數(shù)量，實現(xiàn)離攝像機(jī)近物品細(xì)節(jié)多，遠(yuǎn)細(xì)節(jié)少。

幾何著色器(可選)：輸入：完整圖元 輸出：0個或1個或多個其他圖元。 作用是將輸入的點/線拓展為多邊形。

圖元組裝：頂點組裝為指定圖元。 會進(jìn)行裁剪，背面剔除優(yōu)化，減少輸入光柵化圖元數(shù)量。在光柵化之前需要屏幕映射（透視除法和視口變換，由硬件實現(xiàn)）

光柵化：將連續(xù)3D物體離散為屏幕像素點。過程：確定圖元覆蓋的片段，利用頂點屬性插值得到片段的屬性信息，然后送到片段著色器進(jìn)行顏色計算（片段是像素的候選，通過測試才能成為像素點）

片段著色器：決定屏幕中像素最終顏色。（進(jìn)行光照計算和陰影處理，產(chǎn)生高級效果）

測試混合階段：裁切測試、Alpha測試，模板測試和深度測試。（未通過測試片段被丟棄，通過測試片段進(jìn)行alpha混合，alpha=0完全透明，=1完全不透明）通過OpenGL或directX定制測試和混合方式

《Real Time Rendering》將渲染管線劃分為4階段

應(yīng)用程序：碰撞檢測、動畫物理模擬以及視椎體剔除，將頂點數(shù)據(jù)送入渲染管線

幾何處理：頂點著色器，圖元組裝（可以理解為先變換頂點，再將變換后頂點進(jìn)行裁剪，拼接為圖元，映射至屏幕）

光柵化：連續(xù)圖元離散化為片段。

像素處理：像素著色和混合。

對于幾萬面的復(fù)雜模型，通過加載建模工具（Blender，3dmax，maya）產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，提高效率。有大量三角面共用頂點，通過使用頂點緩存對象來避免頂點間數(shù)據(jù)冗余。

頂點著色器

從建模工具中得到的是局部坐標(biāo)，通過模型矩陣變換成世界坐標(biāo)，再通過觀察矩陣變換成觀察坐標(biāo)，通過投影矩陣變換成裁剪坐標(biāo)，通過透視除法變換成NDC（標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備坐標(biāo)），通過視口變換變換至窗口坐標(biāo)進(jìn)行顯示。

視錐體

由近平面，遠(yuǎn)平面，垂直視場角，屏幕縱橫比四個參數(shù)定義。

在OpenGL中分別用glm:ortho()和glm:perspective()創(chuàng)建正交投影和透視投影矩陣。

根據(jù)光照計算不同，有平面著色、高洛德著色和馮氏著色。

平面著色是使用一個頂點顏色來代表整個三角面的顏色，默認(rèn)使用索引第一個頂點顏色，無法展示高光效果。性能開銷最小。

高洛德著色在頂點著色器中計算三個頂點的光照信息，然后在光柵化階段插值得到三角形內(nèi)部各個片段的光照信息。由于高光部分非線性，故插值表現(xiàn)差。

馮氏著色，效果最好但性能開銷最高。根據(jù)輸入的頂點法線信息在光柵化階段插值得到各個片段的法線信息，然后在片段著色器中利用法線、紋理坐標(biāo)、位置等信息計算每個片段的光照信息

曲面細(xì)分著色器（可選）

利用鑲嵌化處理技術(shù)對三角面進(jìn)行細(xì)分，以此來增加物體表面的三角面的數(shù)量。

不用創(chuàng)建高模來豐富網(wǎng)格信息?；贕PU可以實現(xiàn)動態(tài)的LOD技術(shù)，可以根據(jù)物體距離攝像機(jī)的遠(yuǎn)近來調(diào)整多邊形網(wǎng)格的細(xì)節(jié)。遠(yuǎn)的時候用高模渲染就浪費。拉近的時候使用連續(xù)鑲嵌就可以。先保存低維信息，有需求再GPU動態(tài)加細(xì)節(jié)，可以節(jié)省內(nèi)存。

幾何著色器（可選）

可以創(chuàng)建或銷毀幾何圖元。通常用來實現(xiàn)一種叫做公告欄的視覺效果。

圖元組裝

裁剪：完全位于視椎體外部的圖元會被裁剪掉，不會對它們進(jìn)行渲染。

背面剔除：剔除那些背對攝像機(jī)的圖元。默認(rèn)不開啟，用glEnable(GL_CULL_FACE)開啟優(yōu)化。僅可對完全不透明對象使用。

屏幕映射（透視除法+視口變換）

透視除法：實現(xiàn)透射投影中近大遠(yuǎn)小的視覺效果，由硬件自動執(zhí)行。

視口變換：獲取窗口坐標(biāo)，帶有變換后的z軸信息。glViewport() 設(shè)定視口的坐標(biāo)和寬高。如果視口小于屏幕空間，會造成多余的像素被渲染

光柵化（三角形組裝+三角形遍歷）

三角形組裝：對頂點輸入數(shù)據(jù)（法線、紋理坐標(biāo)）插值，獲取片段對應(yīng)數(shù)值（法線、紋理坐標(biāo)）。很少插顏色值而通過片段著色器著色。

三角形遍歷：通過屏幕空間坐標(biāo)組建三角形，遍歷這些三角形所覆蓋的片段采樣點，獲取對應(yīng)片元。

片段著色器

計算光照使用模型-phong

將物體光照分為漫反射分量、鏡面高光和環(huán)境光來計算

環(huán)境光：疊加一個較小光照，來表示來自其他物體反射的間接光照

漫反射光：無論觀察者從哪個方向進(jìn)行觀察，漫反射效果相同，與觀察位置無關(guān)。在原來的代碼加上float hLambert = difLight * 0.5 + 0.5。即可升級為半朗伯模型。將之前的漫反射系數(shù)從[0，1]變到[0.5,1]

鏡面反射需要知道觀察者位置，進(jìn)而表現(xiàn)金屬反射出的高光。

鋸齒和抗鋸齒

3d連續(xù)物體離散化成2d像素點會產(chǎn)生鋸齒。

超級采樣抗鋸齒（ssaa）最直接最好，800x600的屏幕渲染到1600x1200的緩沖區(qū)再下采樣回800x600。計算量很大。這個用的4*ssaa，使得光柵化和片段著色器都是原來的4倍，渲染緩存的大小也是原來的4倍。

測試和混合

裁切測試：避免當(dāng)視口比屏幕窗口小時造成的渲染浪費。當(dāng)視口的大小和屏幕空間一樣大就不用。默認(rèn)不開啟裁切測試，glEnable(GL_SCISSOR_TEST)開啟，glScissor()指定裁切區(qū)域

alpha測試：顏色一般采用RGBA，a代表透明度，根據(jù)片段顏色的 Alpha值來裁剪片段。消耗大性能低，必要才用。

Early-Z Culling：深度/模板測試是在片段著色器之后進(jìn)行的，所以導(dǎo)致著色器計算資源的浪費（著色無用被遮擋片段）不能修改深度緩沖否則gpu無法開啟early-z。alpha測試會讓他失效所以效率低。

模板測試：通過mask的值來控制那些片段的可見性，無法通過mask的片段將被丟棄。默認(rèn)不開啟，通過glEnable(GL_STENCIL_TEST)開啟，用glStencilMask設(shè)置mask，用glStencilFunc和glStencilOp設(shè)置模板函數(shù)，控制測試成功/失敗時的行為?？蓪崿F(xiàn)平面鏡效果、平面陰影和物體輪廓。

深度測試：片段深度值是否比深度緩沖預(yù)設(shè)值小，若是，則更新深度緩沖和顏色緩沖，若否，則丟棄片段不更新緩沖區(qū)值。默認(rèn)不開啟。通過glEnable(GL_DEPTH_TEST)開啟。glDepthFunc() 來設(shè)置深度比較運算符，默認(rèn)為GL_LESS（前面的物體會蓋住后面的物體）

Alpha混合

用于實現(xiàn)半透明效果，通過glEnable(GL_BLEND)開啟。通過 glBlendFuncSeparate() 、glBlendFunc() 和glBlendEquation() 來設(shè)置各種混合效果。通過下面混合方程調(diào)整效果。

先渲染不透明再渲染半透明，因為透過半透明能看不透明，渲染半透明需要不透明圖層信息，才能精確混合。

學(xué)習(xí)自https://positiveczp.github.io/