渲染流水线概叙

1.流水线：流水线相当于一种并行操作，可以提高单位时间的生产量。流水线系统中决定生产速度的是最慢的工序所需的时间。

2.渲染流水线：

应用阶段：有开发者决定，输出渲染图元
- 场景数据准备：摄像机位置、视锥体、场景中的模型数据、光源信息；
- 不可见剔除工作（Culling）：把不可见的物体进行剔除；
- 渲染状态设置：设置模型的材质（漫反射颜色、高光反射颜色）、使用的纹理、使用的Shader等；
几何阶段：将顶点坐标变换到屏幕空间中，、输出二维顶点坐标、每个顶点对应的深度值、着色器相关信息；
光栅化阶段：对几何阶段得到的数据进行插值，然后进行逐像素处理；

3.渲染中GPU的可配置和可编程阶段

几何阶段：
- 顶点着色器：必编，实现顶点的空间变化和着色功能；
- 曲面细分着色器：可编，用于细分图元；
- 几何着色器：可编，用于执行逐图元的着色操作，或者用于产生更多的图元；
- 裁剪：可配，将不在摄像机视野内的顶点裁剪掉，并剔除某些三角图元的面片；
- 屏幕映射：固定，将图元的坐标转换到屏幕坐标系中；
光栅化阶段
- 三角形设置：固定，程序函数阶段；
- 三角形遍历：固定，程序函数阶段；
- 片元着色器：可编，实现逐片元的着色操作；
- 逐片元操作：高可配，负责很多重要操作，例如修改颜色、深度缓冲、进行混合等；

应用阶段

主要对应的就是应用阶段，起点为CPU：

把数据加载到显存中：将渲染数据聪硬盘（HDD）加载到系统内存（RAM）中，网格和纹理等数据又被加载到显卡的存储空间（VRAM）。原因是显卡对显存的访问速度更快，一般来说，显卡没有对内存的访问权限；
设置渲染状态：定义网格怎么被渲染的，设置它们的顶点着色器、片元着色器、光源属性、材质等；
调用Draw Call：Draw Call是一个命令，由CPU发给GPU的一次渲染命令；这个命令仅仅指向一个需要被渲染的图元列表，而不会再包含任何材质信息，因为上一个阶段已经完成了；

几何阶段采用MVP 矩阵变换得到屏幕坐标

顶点着色器处理的输入来自于CPU，本身处理的单元是顶点，对每个顶点都会调用一次顶点着色器。顶点着色器本身不可创建或者销毁任何顶点，而且无法得到顶点和顶点之间的关系。不过也正是因为这样的相互独立性，GPU可以并行的处理顶点，速度会很快，顶点着色器要的任务如下；

坐标变换：将顶点坐标从模型空间转换到齐次裁剪空间，再由硬件做透视除法后，最终得到归一化的设备坐标（NDC）
- OpenGL中，z分量范围在[-1，1]之间；
- DirectX中，NDC的z分量范围是[0,1]之间；
逐顶点光照；
输出后续阶段数据；

这里的裁剪是对图元的裁剪，一个图元和摄像机视野的关系有三种关系，完全在视野内、局部在视野内、完全在视野外，只有部分在视野内的图元需要进行裁剪。这个阶段是对NDC下的顶点位置进行处理的，所以裁剪就在一个立方体的中进行操作，只有和单位立方体相交的图元进行裁剪，新的顶点被生成，旧的外部顶点被舍弃。

屏幕映射即是将NDC三维坐标转换成屏幕坐标系,由于输入的坐标在-1到1之间，所以这个过程实际是一个缩放的过程，但屏幕映射不会对输入的z坐标做任何处理，所以屏幕坐标系和z坐标一起构成了窗口坐标系（WC），这些值被一起传递到光栅化做下一步处理；

处理上一个阶段屏幕坐标系下的顶点位置以及它们的额外信息，如深度值、法线方向、视角方向；

得到三角形边界的表示方式，将三角网格的顶点转换得到像素坐标，为下一个阶段做准备；