Rendering Pipeline.md · Adam/UnityWorld

# 渲染管线 Rendering Pipeline

- **定义:** 显卡内部处理图像信号的并行处理单元,也称为渲染流水线
- **发生位置:** CPU和GPU
- **渲染机理:** 将图像所具备的图形信息(顶点、纹理、材质、摄像机位置等)经过一系列阶段的处理,最终转换为屏幕上的图像.
- **渲染流程:**
	- **应用阶段**
	- **几何阶段**
	- **光栅化阶段**

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## 应用阶段 Application Stage

- **发生位置:** CPU
- **阶段目标:** 准备渲染所需的几何信息,即渲染图元(rendering primitives)
- **渲染数据:** 
	- 场景数据:如摄像机,视锥体,模型,光源..
	- 粗粒度剔除:即剔除不可见物体
	- 渲染状态:材质,纹理,Shader..
- **基本流程:**
	1. **加载数据到显存:** 由于渲染管线的图形化处理基本位于GPU,所以渲染数据先从硬盘加载到RAM,再加载到显存以供GPU后续处理.
	2. **设置渲染状态:** 定义渲染图形的方式,例如使用顶点着色器或者片元着色器、材质、光源等.
	3. **调用Draw Call:** 由CPU发起的DrawCall指令给GPU,指向已经准备好的渲染图元
- **Draw Call:**
	- 本质:图像编程接口
	- 机理:CPU通过调用DrawCall向命令缓冲区(Command Buffer)的队列中添加渲染命令,而GPU则从已有的队列中读取渲染命令去执行
	- 优化:由于调用DrawCall即使得CPU准备大量渲染数据提交到缓冲队列,大量的DrawCall会使得CPU过载,因此尽量减少DrawCall的调用次数(如进行批处理,合并网格...)

## 几何阶段 Geometry Stage

- **发生位置:** GPU
- **接收数据:** 应用阶段所准备好的**渲染图元**的信息
- **阶段目标:** 决定所需绘制图元的信息(绘制方法,绘制坐标)
- **基本流程:**
	1. **顶点着色器(Vertex Shader):**
		- 调用次数:每个顶点均调用一次
		- 工作:坐标转换(模型空间->齐次裁剪空间,可人为干涉)和逐顶点光照(颜色计算)
	2. 曲面细分着色器(Tessellation Shader):
		- 工作:细分图元
	3. 几何着色器(Geometry Shader):
		- 工作:逐图元着色操作或是生成新的图元(减少CPU负担)
	4. 裁剪(Clipping):
		- 工作:裁剪去不在摄像机视野内的顶点
	5. 屏幕映射(Screen Mapping):
		- 工作:将图元的x和y坐标转换到屏幕坐标系(不对z坐标处理)

## 光栅化阶段 Rasterizer Stage

- **发生位置:** GPU
- **接收数据:** 几何阶段准备好的顶点信息
- **阶段目标:** 对几何阶段传递过来的**屏幕空间的顶点信息**进行处理,最终生成屏幕像素,渲染出图像
- **基本流程:**
	1. 三角形设置(Triangle Setup):
		- 工作:根据几何阶段传递的数据(三角网络的顶点),计算三角网络每边的数据信息
	2. 三角形遍历(Triangle Traversal):
		- 工作:根据三角形设置的结果,判断某个三角网格所覆盖的像素,并根据三个顶点的信息对整个覆盖区域进行插值,生成一系列片元(fragment). 片元包含信息有:屏幕坐标、深度、法线、纹理...
	3. **片元着色器(Fragment Shader):** 又称像素着色器(Pixel Shader)
		- 调用次数:一个像素点调用一次
		- 工作:纹理采样,计算光照(阴影、明暗...)
	4. 逐片元操作(Per-Fragment Operations):
		- 工作:模板测试->深度测试->混合->颜色缓冲区
	5. 输出屏幕图像

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# 参考
- UnityShader入门精要 - 冯乐乐

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