圖形渲染管線

應用程序階段

主要任務是在應用程序階段的末端，將需要在屏幕上顯示出來繪制的集合體（如點、線、矩陣等）輸入到繪制管線的下一個階段。

對于被渲染的每一幀，應用程序階段將攝像機位置，光照和模型的圖元輸出到管線的下一個主要階段——幾何階段。

幾何階段

可以劃分為一下幾個功能階段：

模型視圖變換 Model & View Transform：分為模型變換和視圖變換，模型變換即旋轉、平移、縮放，視圖變換可以理解為將模型轉到相機坐標系下。

頂點著色 Vertex Shading：確定模型上頂點處材質的光照效果。

投影 Projection：將視體變換到規范立方體（Canonical View Volume，CVV）中，模型位于歸一化設備坐標系中（NDC）。分為正交投影和透視投影，Z 坐標將不會再保存于的得到的投影圖片中，所以就是將模型從三維空間投射到了二維的空間中的過程。

裁剪 Clipping：對部分位于視體內部的圖元進行裁剪操作。

屏幕映射 Screen Mapping：將之前得到的坐標映射到對應的屏幕坐標系上。

光柵化階段

可以分為以下幾個功能階段：

三角形設定（Triangle Setup）階段：計算三角形表面的差異和三角形表面的其他相關數據。

三角形遍歷（Triangle Traversal）階段：找到哪些采樣點或像素在三角形中的過程。

像素著色（Pixel Shading）階段：所有逐像素的著色計算都在像素著色階段進行，使用插值得來的著色數據作為輸入，輸出結果為一種或多種將被傳送到下一階段的顏色信息。紋理貼圖操作就是在這階段進行的。

融合（Merging）階段：合成當前儲存于緩沖器中的由之前的像素著色階段產生的片段顏色。此外，融合階段還負責可見性問題（Z 緩沖相關）的處理。

GPU渲染管線

綠色的階段是完全可編程的

黃色的階段可配置，但不可編程

藍色的階段完全固定

頂點著色器（The Vertex Shader）

是完全可編程的階段，頂點著色器可以對每個頂點進行諸如變換和變形在內的很多操作，提供了修改/創建/忽略頂點相關屬性的功能，這些頂點屬性包括顏色、法線、紋理坐標和位置。頂點著色器的必須完成的任務是將頂點從模型空間轉換到齊次裁剪空間。

幾何著色器（The Geometry Shader）

位于頂點著色器之后，允許 GPU 高效地創建和銷毀幾何圖元。幾何著色器是可選的，完全可編程的階段，主要對圖元（點、線、三角形）的頂點進行操作。幾何著色器接收頂點著色器的輸出作為輸入，通過高效的幾何運算，將數據輸出，數據隨后經過幾何階段和光柵化階段的其他處理后，會發送給片段著色器。

裁剪（Clipping）

屬于可配置的功能階段，在此階段可選運行的裁剪方式，以及添加自定義的裁剪
面。

屏幕映射（Screen Mapping）、三角形設置（Triangle Setup）和三角形遍歷（Triangle Traversal）階段是固定功能階段。

像素著色器（Pixel Shader）

像素著色器（Pixel Shader， Direct3D 中的叫法）常常又稱為片斷著色器，片元著色器(FragmentShader， OpenGL 中的叫法)，是完全可編程的階段，主要作用是進行像素的處理，讓復雜的著色方程在每一個像素上執行。

合并階段（The Merger Stage）

處于完全可編程和固定功能之間，盡管不能編程，但是高度可配置，可以進行一系列的操作。其除了進行合并操作，還分管顏色修改（Color Modifying）， Z 緩沖（Zbuffer），混合（Blend），模板（Stencil）和相關緩存的處理。

來源：《Real-Time Rendering 3rd》提煉總結

審核編輯 黃昊宇