渲染流水线

[TOC]

参考视频：

May百人计划

GAMES101-现代计算机图形学入门

整体概括

渲染管线在计算机图形学当中可以说是必须了解的，在视频当中大致分为 应用阶段 、几何阶段、光栅化阶段、 逐片元操作、后处理

应用阶段

应用阶段主要是 cpu为我们准备一些所需要的数据和一些粗粒度的剔除，主要操作如下

准备基本场景数据
- 场景物体数据
  a. 物体变换数据，位置、旋转、缩放
  b. 物体网格数据、顶点位置、uv贴图
- 摄像机数据（fov near far）
  a. 位置、方向，远近裁切平面
  b. 正交/透视（fov）
  c. 视口比例/尺寸等
- 光源信息和阴影数据
  a. 光源类型，方向光、点光、聚光（每个灯光种类的一些信息）
  b. 位置、方向、角度等其他参数
  c. 设置阴影：是否需要阴影，光源可见范围是否有可投射阴影的物体、阴影参数，对应光源序号、阴影强度、级联参数、深度偏移、***面偏移等
  d. 逐光源绘制阴影贴图：***面偏移、绘制阴影贴图等
- 其他全局数据
加速算法、粗粒度剔除
- 碰撞检测
- 遮挡剔除
- 加速算法
  a. 可见光裁剪
  b. 可见场景物体裁剪：八叉树、BSP树、K-D树、BVH
- 其他算法
- 参考渲染前CPU和渲染中GPU的裁剪和剔除（转载）为什么在ndc归一化坐标已经包含了视锥体剔除功能的情况下还需要视锥体裁剪？
设置渲染状态，准备渲染参数
- 绘制设置（不同物体有不同的shader）
  - 合批方式（动态静态）
- 绘制顺序（透明和不透明物体的渲染顺序）
  - 相对摄像机距离
  - 材质RenderQueue
  - UICanvas 等
- 渲染目标（渲染之后把结果输出到 Render Texture 或者 framebuffer
- 渲染模式（Forward 或者是 Deferred ）
调用DrawCall 输出渲染图元到显卡
- 顶点数据（位置，颜色，发现，uv坐标等）
- 其他数据（MVP矩阵、纹理贴图等）

几何阶段

几何阶段主要分为以下几个步骤：顶点着色器（视图变换，顶点着色）、可选顶点处理（几何、曲面细分）、投影（透视、正交）、裁剪（CVV，正面或者背面剔除）、屏幕映射（连续到离散，坐标系差异DX/openGL）

顶点着色器
- 模型空间->世界空间->摄像机空间->投影空间（视锥体裁剪）->视口变换（自动完成）
- 顶点色
曲面细分/几何
- 曲面细分生成更多的顶点
- 几何可以生成各种形状的图元类型
投影

OpenGL（-1 ~ 1 ） D3D(0 ~ 1) w的分量是把物体映射到这个区间内
- 正交投影
  a. 大小一样
- 透视投影
  b. 近大远小
裁剪
- 裁剪是GPU自动裁剪，不需要我们手动操作
屏幕映射
- OpenGL 屏幕坐标左下到右上
- D3D 屏幕坐标左上到右下

光栅化阶段

光栅化主要分为两个阶段 1. 三角形设置 2. 三角形遍历

三角形设置
- 设置边界信息
三角形遍历
a. 得到三角形的边界信息之后，扫描所有像素，得到所覆盖的三角形所有片元（此刻屏幕上的这个片元可能会有多个三角形的片元重合）
b. 对三角形内的片元进行插值
抗锯齿
a. SSAA 渲染分辨率放大N倍对放大N倍的buffer下采样
b. MSAA 光栅化阶段计算多个覆盖样本
c. FXAA/TXAA 后处理技术

逐片元操作

逐片元操作主要分为以下几个步骤：片元着色（PS）、颜色混合（透明测试，深度测试，模板测试，blending）参考链接、目标缓冲区