GPU 图形绘制管线

本章描述GPU渲染流程和实时绘制技术的基本原理，由图形绘制管线到各个阶段的工作和原理自顶向下。比较偏向于概念科普，所涉及到的知识点由下图显示：

如上图所示，GPU渲染流程可概括为：应用程序 -> 几何 -> 光栅

• 应用程序阶段：使用高级程序语言进行开发，主要和CPU、内存打交道
• 几何阶段：主要负责顶点坐标变换、光照、裁剪、投影以及屏幕映射
• 光栅阶段：基于几何阶段数据，为每个像素计算颜色值

几何阶段

这个阶段的工作为的是将现实世界人类所理解的3D转换为计算机可以理解的2D数据，绘制在屏幕上形成3D效果

流程如下图所示：

1. 从object到world：给物体一个参照坐标系确定自己所在的位置，坐标顶点由四阶矩阵world matrix控制，顶点法向量由world matrix的转置矩阵的逆矩阵转换

2. 从world到eye：eye space以相机为原点，由视线方向、视角和远近屏幕组成梯形体——视锥（viewing frustum），超出这个梯形体的数据会被裁剪（frustum culling）

3. 从eye到project & clip：裁剪被安排在一个单位正方体里进行，又称规范立方体（Canonical view volume， CVV），变换过程为：

   • 投影：用透视变换矩阵把顶点从视锥体中变换到裁剪空间的 CVV 中;

   • 图元裁剪;

   • 屏幕映射：将经过前述过程得到的坐标映射到屏幕坐标系上。

4. Primitive Assembly && Triangle setup：根据索引将顶点连接组成线、面，得到一堆在屏幕坐标上的三角面片，用于光栅化

光栅化

1. Rasterization
   • 将浮点类型的屏幕坐标值确定为整数类型的像素值（四舍五入？）
   • 根据像素点绘制线、面（DDA、Bresenham；多边形填充算法、边界填充算法）
2. Pixel Operation
   • 消除遮挡面
   • 纹理操作
   • 混色（Blending）：alpha值（透明度），需要利用z buffer对物体进行排序
   • Filtering

补充缓冲区概念：

1. Z Buffer：存放深度数据，判断空间点的遮挡关系，z值不一定是线性变化的
2. Stencil Buffer：模版缓冲区，用于做记号，例如存放1表示该像素点处于阴影体
3. Frame Buffer：帧缓冲区，用于存放显示输出的数据，一般是像素颜色值（对于集显，存放在内存中）

 
 
 
最后想记录一下自己在这本书开头看到的一段话：

Alice 羞涩地说:“呲牙猫，请问你能告诉我应该走哪条路吗?”呲牙猫说: “这取决于你想去哪儿。”Alice 说:“我不怎么介意到哪儿去。”呲牙猫回答说: “那你走哪条路都可以”Alice 说:“只要我能到某个地方”呲牙猫说:“只要你 走的足够远，你肯定能到某个地方”。
-------Lewis Carroll 的 Alice’s adventures in Wonderland 借用上面的一句话，只要你走的足够远，你肯定能到某个地方。加油!

最近受外部环境和自身心情影响，处于一段非常的焦虑的时期，以至于不敢于去尝试自己感兴趣的事情、不愿走出舒适圈。当我看到这段话的时候，内心被勇气填满——或许是时候做出一些改变了。正如康大在本章开头写下的“欲登高而穷目，勿驻台于浮沙”。感谢作者给予正处于浮躁与低迷的我力量与指引。

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来源： https://www.cnblogs.com/hikarie/p/15490312.html