技美 百人计划 （图形）1.1渲染流程

技美 百人计划 （图形）

图形 1.1 渲染流水管线2.1数学基础

很早之前就有关注百人计划这个系列的课程，也跟着看到了2.几的教学但是一直没有写笔记，最近看到百人计划已经快更新完毕了，决定从头看一遍然后补补笔记和作业。

整体流程

1，应用阶段：粗粒度剔除，进行渲染设置，准备基本数据，输出到几何阶段（CPU）
2，几何阶段：顶点着色器，曲面细分，几何着色器，顶点裁剪，屏幕映射（GPU）
3，光栅化阶段：三角形（点/线）设置，三角形（点/线）遍历，片段着色器（GPU）
4,逐片源操作：裁剪测试，透明度测试，深度测试，模板测试，混合（常用的分法将逐片源操作分类到（3）光栅化阶段）（GPU）
5，后处理

一、应用阶段（CPU） 1.准备场景需要的数据 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，远近裁剪面
• 正交/透视
• 视口比列/尺寸

光源及阴影数据 设置光源

 - 方向光（颜色，方向）
 - 点光源（颜色，位置，范围）
 - 聚光源（颜色，位置，方向，内外圆锥角）

设置阴影

 - 是否需要阴影（判断该光源可见范围内是否有可投射阴影的物体）
 - 阴影参数
    - 对应的光源序号
    - 阴影强度
    - 级联参数
    - 深度偏移（优化相关）
    - 近平面偏移（优化相关）

逐光源绘制阴影贴图

    - 近平面偏移
    - 逐级联
        - 计算当前光源+级联对应的观察矩阵，投影矩阵，以及对应到阴影贴图里的视口区域
        - 绘制到阴影贴图

其他全局数据 2，加速算法，粗粒度剔除

• 碰撞检测
• 加速算法
• 遮挡剔除
  • 可见光裁剪
  • 可见场景物体裁剪
    • 八叉树
    • BSP树
    • K-D树
    • BVH
    • 其他算法

渲染侧设置，准备渲染参数（多参考Unity） 绘制设置

• 使用着色器
• 合批方式

绘制物体的顺序

• 相对相机的距离
• 材质RenderQueue
• UICanvas
• 其他方式等

渲染目标（输出到哪）

• Framebuffer
• RenderTexture

渲染模式

• 前向渲染
• 延迟渲染

调用Drawcall 输出渲染图元到显存 顶点数据

• 位置
• 颜色
• 法线
• 纹理UV坐标
• 其他顶点数据

其他数据

• MVP变换矩阵
• 纹理贴图
• 其他数据

几何阶段（GPU） 顶点着色器 坐标系变换(视图变换)

• 模型坐标系到世界坐标系（MVP（M））
• 世界坐标系到观察坐标系（视锥）（MVP（V））
• 投影变换得到投影坐标系（为2D3D投影做准备）（MVP（P））
• 正交
• 透视

顶点矩阵 曲面细分（可选）

• 外壳着色器
• 曲面细分
• 域着色器

几何着色器

• 基于图元操作

投影

将坐标的的xyz除w（NDC）

• 正交（w始终为1）
• 透视（w近小远大）

裁剪

将超出-1~到1的点丢掉（设备坐标系在OpenGL和D3D下面是不一样的，在open GL中，xyz三个维度都是-1到1而D3D中只有xy是-1到1而z是0-1）

• CVV
• 正面剔除或背面剔除（可配置）

屏幕映射

• 从连续到离散
• 坐标系差异（标准坐标系到屏幕坐标系从0-1到输出设备的长和宽）openGL原点在左下D3D在左上

光栅化阶段 三角形设置（计算图元边界信息）

• 计算微分、边方程和其他三角形数据

三角形遍历（检查被三角形边界覆盖的像素对所有像素进行插值） 抗锯齿（MSAA） SSAA

 - 渲染到一个分辨率放大n倍的buffer
 - 对放大n倍的buffer下采样

MSAA

• 在光栅化阶段
• 计算多个覆盖样本

FXAA/TXAA

• 后处理阶段

逐片元操作（GPU）

• 片元作色
• 颜色混合
  • 透明度测试
  • 模板测试
  • 深度测试
  • 混合
• 目标缓冲区

后处理

• Bloom
• HDR
• FXAA
• Deph of View
• 边缘检测
• 径向模糊