【TA_霜狼_may《百人计划》】1.1 渲染流水线

如题，这是霜狼_may《百人计划》的学习记录，明确了方向，就开始努力学习吧。

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1.1.1 应用阶段

准备基本场景数据

基本数据包括：

• 场景物体数据
  • 物体变换数据：位置、旋转、缩放
  • 物体网格数据：顶点位置、uv贴图
• 摄像机数据
  • 位置、方向、远近裁剪平面
  • 正交/透视（FOV）
  • 视口比例/尺寸等
• 光源阴影数据（这一部分内容较多，阴影相关知识不大理解）
  • 光源类型：方向光、点光、聚光
  • 光源的其他参数：位置、方向、角度等
• 以及其他全局数据

加速算法

粗粒度剔除
场景之外的可以剔除，被前方物体遮挡的也可以剔除。

基本操作包括：

• 碰撞检测
• 加速算法
• 遮挡剔除
• 其他算法

可见场景物体裁剪的算法有：

• 八叉树
• BSP树
• K-D树
• BVH

设置渲染状态

准备渲染参数
基本操作包括：

• 绘制设置 （不同物体可能由不同的shader（着色器）去渲染）
• 绘制顺序（例如：由近及远渲染还是由远及近渲染，不透明与半透明的渲染先后顺序确定）
• 渲染目标 （渲染结果的目的地设置（ RenderTexture or FrameBuffer））
• 渲染模式 （成像渲染 or 延迟渲染）

调用DrawCall

输出渲染图元到显存
所要用到的数据包括：

• 顶点数据
• 其他数据

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1.1.2 几何阶段

顶点着色

整体流程如图：

模型变换，视图变换，投影变换组成了MVP（Model、View、Projection）矩阵。

曲面细分

整体流程如图：

几何着色（基于图元的操作）

整体流程如图：

投影

不同的投影有不同的特性，利用透视除法进行处理，分成正交投影和透视投影。

透视投影中，对象的w值随着距离摄像机的距离变远而变大，各个坐标点（xyz）通过除以w的方式得到透视的结果坐标，从而达到透视成像的目的。

正交投影的w值始终为1，可能更类似于2D成像。
这一步就是NDC了。

裁剪

将视野范围外的目标和顶点去除。
裁剪示意图如下：

补充：设备坐标系在openGL和D3D中是不一样的：

• opnGL中，xyz三个维度都是-1 ~ 1
• D3D中，xy为-1 ~ 1，z为0 ~ 1

屏幕映射

将标准坐标系中的位置映射到屏幕坐标系中。

同样需要注意的是，屏幕坐标系的原点位置在openGL和D3D中也是有不同的：

• openGL屏幕原点在左下
• D3D屏幕原点在左上方

1.1.3 光栅化阶段

三角形设置

在知道三角形或者直线的顶点信息之后，要想知道该图元覆盖了哪些像素，就要获取其边界信息。计算边界信息的过程就叫做三角形设置。三角形信息包含了直线信息，之后的内容只讨论三角形的情况。

三角形遍历

通过三角形的边缘信息，利用插值算法，对三角形内部的所有片元进行赋值。

注意，上图中的方框代表的是片元而不是像素，因为在屏幕的同一个像素位置，有可能对应于多个三角形的不同片元。

抗锯齿

多种方法：

• SSAA（将渲染分辨率放大n倍，再重新对buffer进行下采样）
• MSAA
  • 只有该方法在光栅化阶段操作
  • 对每个像素设置多个子采样点
  • 再对每个子采样点进行覆盖测试和遮挡测试
    • 覆盖测试即判断该子采样点是否在三角形内
    • 遮挡测试则是对该子采样点与深度缓存中的数据比较，看是否能够通过
  • 通过上述测试的子采样点属于该三角形
  • 在后续的三角形着色环节，通过是否属于三角形的子采样点进行比例着色（这句话有待进一步理解）

1.1.4 逐片元操作

片元着色

颜色混合

包括多种测试环节：

• 透明度测试
  
• 深度测试、模板测试
  
  这里的模板测试还不是很理解用途和意义，可以做进一步了解。

混合

结合各种信息（包括颜色、Alpha、深度等），对最终的颜色进行混合处理。混合的方法也有多种：叠加…

整体流程总结