UnityShader入门精要个人总结--基础篇（一）

一篇仅为个人总结学习的blog，参考内容包括不限于毛星云rtr3提炼总结，插图基本上来自入门精要和提炼总结

第二章 渲染管线

感觉跟之前学到的划分方式有些不同，对比了毛的rtr3提炼书也是这种划分，还是这种方式更好啊
三个大阶段
这里划分成了三个大的阶段：应用阶段、几何阶段、光栅化

1. 应用阶段

总结

这个阶段主要是准备，从CPU为起点给到GPU，包括场景数据，包括相机位置视锥体等等，再进行一个粗粒度剔除裁剪不可见物体，最后设置渲染状态（材质纹理使用哪些shader），得到一个 渲染图元（点线三角形面） 给到几何阶段

细分

1. 数据加载到显存
2. 设置渲染状态
3. 调用DrawCall

（1）数据加载到显存

渲染数据 ：从硬盘 --> 系统内存（RAM） --> 显存

为什么要加载到显存（显卡）上？（鄙人操作系统严重没学好，你学好了可以跳过这段笔记…）
首先，显卡对显存访问数据是更快的，甚至很多显卡对RAM没有数据访问权限，所以要加载到显存
那么显卡对于渲染的意义是什么？
这不得不说GPU与显卡的关系，GPU（Graphic Processing Unit－－图形处理器）是显卡的核心部件之一，还有显存，主板散热器so on。

所以渲染的起点是CPU，数据最后给到GPU

（2）设置渲染状态

原书的话：状态就是定义场景中网格如何被渲染。 包括使用哪些着色器（像曲面细分着色器/几何shader都是可选的），还有光源材质等等

（3）调用DrawCall

就是CPU向GPU发出的一个渲染命令（CPU：快来渲染这个东西 GPU：OK！）

DrawCall为什么影响效率？如何减少？
1 因为每次调用DrawCall，CPU会进行准备内容给到GPU，渲染没有差异，但是DrawCall越多CPU更多时间都在提交DrawCall上降低效率
2 解决方法是批处理，把小DrawCall合并成大的，更适合静态的物体。避免使用很小的网格，避免使用太多材质

因此以下2、3阶段都是在GPU进行

2. 几何阶段

总结

这个阶段负责大多数顶点和多边形几乎所以几何相关的事情，需要绘制的图元是什么，如何绘制，在哪里绘制。

细分

1. 顶点着色器
2. 投影
3. 裁剪
4. 屏幕映射

（1）顶点着色器

这里主要是两个任务是坐标变换和顶点着色，毛是细分了两个阶段，冯的书是合为顶点着色器，本质是一样的。
坐标变换：将模型变换到适合渲染的空间当中
经典的MVP变换过程，把顶点坐标从模型空间转换到齐次裁剪空间内。
逐顶点光照 ：目的在于确定模型上顶点处材质的光照效果。
所谓的Shader，着色器，确定材质上的光照效果的这种操作被称为着色
坐标转换完毕我还需要知道这个坐标会显示成啥样吧，逐顶点着色根据着色方程，计算出这个结果，包括颜色纹理坐标等等，把这个结果丢到光栅化。

（2）投影

将模型从三维空间投射到了二维的空间中的过程
这里注意一个概念NDC，归一化设备坐标，最后能看到的模型的坐标都会被放在一个[-1,1]的cube里，这就是归一化。通常是正交和透视投影两种，具体如何归一化可以参考Games101

（3）裁剪

很好理解，在规范立方体内才会被显示，其他的摄像机看不到也不需要被渲染，所以其他部分进行裁剪。

（4）屏幕映射

主要是视口变换，放在cube里的三维坐标如何映射到二维屏幕进行显示。那么主要是矩阵缩放变换，[-1,1] 到宽width高height的屏幕进行一个缩放。
但是注意，还有一个Z轴方向的数据，这个阶段不做处理，但是数据会被传下去，这是重要的深度参考信息。

3. 光栅化

总结

将二维屏幕上的点转变为像素。顶点间缺少的像素插值补充。
主要分为两步，图元覆盖了那些像素，计算他们最终的颜色。

细分

1. 三角形设置
2. 三角形遍历
3. 片元着色器
4. 输出合并（逐片元操作）

（1）三角形设置

之前得到的一系列顶点数据，把它们装配成我们需要的三角形网格。

（2）三角形遍历

检查像素是否被三角形覆盖，覆盖则生成片元。
这一阶段包括了插值操作，三角形顶点的信息对整个覆盖区域插值。

注意片元与像素的区分
片元并不是真正意义上的像素，而是很多状态的集合，包括深度发现纹理坐标，最后需要一系列测试才会成为像素

（3）片元着色器

通过插值的结果，输出颜色值。因此这一阶段最重要的纹理贴图，得到像素颜色。

但是至此，屏幕具体的像素都没有任何变化，这些都是预备的数据，直到输出合并

（4）输出合并（逐片元操作）

模板测试：那就需要模板buffer。跟深度测试类似，但更像是一个mask，设定一个固定值，mask内显示，以外不显示

深度测试：相机只能看到近处的，被遮挡的远的物体看不到就无需渲染；
最典型就是Z-Buffer技术，只有更近的物体才有资格更新frame。
混合

这里还提到了关于透明物体渲染的一些Tips:
众所周知，不透明的物体当然是看到最近的，那么透明的呢？需要进行片元着色器中的颜色和颜色缓冲器的颜色混合。举个例子，一个玻璃放在眼前，我既可以看到玻璃，又可以看到玻璃之后的，实际看到的是这两个颜色的混合

unity中深度测试在片元着色器前，这称为Early-Z ，先判断出近处图形，再计算像素，更加高效，但是问题在于透明的物体就无法渲染了，因为远方的物体已经被剔除掉了。

4.结尾（双缓冲）

渲染中的图元必定是不能显示的，就像舞台更改背景，背景准备完毕，红布一拉，舞台展现在众人眼前。
双缓冲分为前置和后置缓冲 前置就是能看到的显示在屏幕上的图像，后置就是渲染中的，GPU不断交换两者内容，保证看到的都是连续的画面。