第二章:渲染流水线(1)
2017-09-27 13:02
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1.渲染流程概述
应用阶段
在CPU中实现,准备场景数据,粗粒度剔除,设置每个材质的渲染状态。
几何阶段
在GPU中实现,进行逐顶点,逐多边形的操作,将顶点坐标变换到屏幕空间之中。
光栅化阶段
在GPU中运行,决定每个渲染图元中的哪些像素应该绘制在屏幕上。
2.CPU和GPU之间的通信(应用阶段)输出:渲染命令,渲染状态
把数据加载到显存中
数据从硬盘(HDD)中加载到系统内存(RAM)中,网格和纹理等加载到显存(VRAM)中。
设置渲染状态
设置场景中的网格的渲染方式(顶点着色器,片元着色器,光源属性,材质)
调用Draw Call
由CPU发起的命令,指向一个需要被渲染的图元,由GPU接收。
3.GPU流水线(几何阶段)
接收Draw Call命令,调用显存中的顶点数据,进行GPU的渲染流水线
顶点着色器:实现顶点的空间变换,顶点着色等
曲面细分着色器:细分图元
几何着色器:逐图元操作,产生更多的图元
顶点着色器等:输出:屏幕坐标系下的顶点位置以及相关的额外信息
接受CPU的输入,进行坐标变换和逐顶点光照。
坐标变换:把顶点坐标从模型空间转换到齐次裁剪空间。
模型空间:在模型移动旋转的时候,模型空间也会跟着旋转。
齐次裁剪空间:又称裁剪空间(齐次表意不明)。由视锥体决定,视锥体可以理解为摄像机可以看到的空间,投影方式分为正交投影和透视投影。
裁剪:仅处理视野范围内的场景物体。
由近裁剪平面和远裁剪平面决定视觉深度。
对于部分在视野内的图元来说,进行裁剪处理,用边界顶点代替原先的顶点。
屏幕映射:把每个三维坐标系下的点的坐标转换为二维坐标系(窗口坐标系)。
4.GPU阶段(光栅化阶段)
计算每个图元覆盖了哪些像素,以及为这些像素计算它们的元素
三角形设置:计算光栅化一个三角网格所需要的信息。(从上一个阶段获得三角形每条边的端点坐标,得到三角形边界的表示方式,由端点坐标得到边和边上的像素坐标,由像素坐标获得整个网格对像素的覆盖状况。)输出:三角网格的表示数据
三角形遍历:检测哪些像素被三角网格覆盖,使用三角网格三个顶点的信息对整个区域覆盖的像素进行插值。输出:片元序列
片元着色器:得到对顶点信息差值的结果,输出颜色值。
逐片元操作(OpenGL):输出合并阶段:
决定每个片元的可见性,深度测试,模板测试。
如果一个片元通过了所有的测试,就把这个片元的颜色值和已经存储在颜色缓冲区的颜色进行合并。
5.显示在屏幕上(双重缓冲)
应用阶段
在CPU中实现,准备场景数据,粗粒度剔除,设置每个材质的渲染状态。
几何阶段
在GPU中实现,进行逐顶点,逐多边形的操作,将顶点坐标变换到屏幕空间之中。
光栅化阶段
在GPU中运行,决定每个渲染图元中的哪些像素应该绘制在屏幕上。
2.CPU和GPU之间的通信(应用阶段)输出:渲染命令,渲染状态
把数据加载到显存中
数据从硬盘(HDD)中加载到系统内存(RAM)中,网格和纹理等加载到显存(VRAM)中。
设置渲染状态
设置场景中的网格的渲染方式(顶点着色器,片元着色器,光源属性,材质)
调用Draw Call
由CPU发起的命令,指向一个需要被渲染的图元,由GPU接收。
3.GPU流水线(几何阶段)
接收Draw Call命令,调用显存中的顶点数据,进行GPU的渲染流水线
顶点着色器:实现顶点的空间变换,顶点着色等
曲面细分着色器:细分图元
几何着色器:逐图元操作,产生更多的图元
顶点着色器等:输出:屏幕坐标系下的顶点位置以及相关的额外信息
接受CPU的输入,进行坐标变换和逐顶点光照。
坐标变换:把顶点坐标从模型空间转换到齐次裁剪空间。
模型空间:在模型移动旋转的时候,模型空间也会跟着旋转。
齐次裁剪空间:又称裁剪空间(齐次表意不明)。由视锥体决定,视锥体可以理解为摄像机可以看到的空间,投影方式分为正交投影和透视投影。
裁剪:仅处理视野范围内的场景物体。
由近裁剪平面和远裁剪平面决定视觉深度。
对于部分在视野内的图元来说,进行裁剪处理,用边界顶点代替原先的顶点。
屏幕映射:把每个三维坐标系下的点的坐标转换为二维坐标系(窗口坐标系)。
4.GPU阶段(光栅化阶段)
计算每个图元覆盖了哪些像素,以及为这些像素计算它们的元素
三角形设置:计算光栅化一个三角网格所需要的信息。(从上一个阶段获得三角形每条边的端点坐标,得到三角形边界的表示方式,由端点坐标得到边和边上的像素坐标,由像素坐标获得整个网格对像素的覆盖状况。)输出:三角网格的表示数据
三角形遍历:检测哪些像素被三角网格覆盖,使用三角网格三个顶点的信息对整个区域覆盖的像素进行插值。输出:片元序列
片元着色器:得到对顶点信息差值的结果,输出颜色值。
逐片元操作(OpenGL):输出合并阶段:
决定每个片元的可见性,深度测试,模板测试。
如果一个片元通过了所有的测试,就把这个片元的颜色值和已经存储在颜色缓冲区的颜色进行合并。
5.显示在屏幕上(双重缓冲)
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