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渲染管线概览

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CPU + GPU工作流程

  1. 剔除，把一些不想看到的，或者看不到的东西排除掉
  2. 确定物体的先后渲染顺序
  3. 将对应的模型数据、材质等打包发送给GPU
  4. 发送SetPassCall和Drawcall告诉GPU渲染管线渲染模型数据所需的shader
  5. 数据在GPU渲染管线中绘制，将3D物体渲染为2D图像
  6. 将渲染图像存放在帧缓冲区（FrameBuffer）中。可以理解为一个和屏幕大小等大的临时画布
  7. 后处理操作。通过CPU拿到帧缓冲区的图像，调用shader再进入GPU渲染管线，对帧缓冲区的图像进行二次的修改，比如调色、bloom等操作
  8. 显示在屏幕上

CPU应用程序端逻辑：经过剔除、排序等等，将模型数据打包发给GPU渲染管线
GPU渲染管线：拿到模型数据后，讲图像画出来，存放在对应的帧缓冲区中


GPU渲染管线

  1. CPU打包数据：vertex buffer/index buffer/frustum视锥/directional light平行光/texture+shader
    • SetPass Call：设定好渲染设置后，告诉GPU使用哪个shader，使用哪种混合模式、设置背面剔除等等，当使用不同的材质或者相同的材质下不同的Pass时需要设置切换多个渲染状态，就会增加SetPassCall，所以SetPassCall的次数也能反映性能
    • Draw Call（绘制调用）：CPU打包数据发送给GPU，告诉GPU使用哪些模型数据进行渲染
  2. Vertex Shader: 使用顶点/视锥信息将模型空间变换到屏幕空间
  3. Triangle Processing 图元装配：把顶点信息按照缓存连接成三角形图元
  4. Rasterization：插值计算出三角形每个像素的深度/颜色
  5. Pixel Shader (i.e. Fragment Shader)：根据灯光/纹理贴图采样
  6. Frame Buffer：post processing 抗锯齿 校色 景深（DOF） 动态模糊


顶点着色器 vs 片元着色器

One main difference is that a vertex shader can manipulate the attributes of vertices. which are the corner points of your polygons.
The fragment shader on the other hand takes care of how the pixels between the vertices look. They are interpolated between the defined vertices following specific rules.

顶点着色器(Vertex Shader)

顶点着色器是图形渲染管线中的第一个可编程阶段。它的主要任务是处理从CPU发送到GPU的顶点数据。每个顶点都会通过顶点着色器进行一次，通常用于执行以下操作：

  • 变换：将顶点从模型空间转换到世界空间，然后进一步转换到视图空间和投影空间。这通常涉及到矩阵乘法运算，用于实现平移、旋转和缩放等变换。
  • 光照计算（可选）：在某些情况下，顶点着色器也用于执行初步的光照计算，但这通常是在更简单的渲染场景中，或者作为更复杂的片元级光照计算的一个初步步骤。
  • 传递数据：顶点着色器可以计算并传递额外的数据到后续的渲染阶段，如片元着色器。这些数据可以是颜色、纹理坐标或其他自定义属性。

片元着色器

片元着色器是图形渲染管线中处理像素级渲染的阶段。它接收由顶点着色器插值得到的片元（即屏幕上的像素或像素的候选者），并生成最终的颜色和其他与像素相关的数据。以下是片元着色器的一些主要用途：

  • 纹理映射：从纹理中读取颜色信息，并应用到相应的像素上。这可以用于实现贴图、细节增强等效果。
  • 光照计算：执行更详细的光照计算，如计算每个像素上的光照强度和颜色。这可以包括漫反射、镜面反射、环境光等多种光照模型。
  • 颜色混合和特殊效果：实现各种颜色混合模式，以及应用如模糊、发光、深度测试等后处理效果。
  • 输出最终颜色：基于上述计算，确定每个像素的最终颜色，并将其发送到渲染管线的下一个阶段（通常是帧缓冲区）。

图元 vs 片元

  • 图元

渲染图元（rendering primitives）为图形渲染开发接口中用来描述各种图形元素的图形数据，所对应的就是绘图界面上看得见的实体，它包括了渲染所需的几何信息，可以是顶点数据、线段、多边形等。


图元至少要包含一个顶点（Vertex）；一个顶点定义了2D或3D坐标系中一个点，也同样定义了若干个可以影响如何把顶点渲染到屏幕上的属性，如：


  • 片元

在GPU流水线中的三角形遍历阶段，将会检查每个像素是否被一个三角网格所覆盖；如果被覆盖的话，就会生成一个片元（fragment）；需要注意的是，一个片元并不是真正意义上的像素，而是包括了很多状态的集合，这些状态用于计算每个像素的最终颜色；这些状态包括了（但不限于）它的屏幕坐标、深度信息，以及其它从几何阶段输出的顶点信息，例如法线、纹理坐标等。

Credits

https://blog.csdn.net/lel18570471704/article/details/134708949
https://zhuanlan.zhihu.com/p/667522425
https://zhuanlan.zhihu.com/p/407046161
图元vs片元：https://blog.csdn.net/DoomGT/article/details/115806364