蛋哥的学习笔记之-基于Unity的Shader编程：0-2 基本3D图形渲染管线概述(蛋哥的日常)

编辑：rootadmin

一、要干些啥：今天主要概括和整理下基本的3D图形渲染管线，说白了就是让大家了解一下，我们是如何通过给定的一堆数据：视点（相机）、3D模型、光源、光照模型、纹理和渲染方式等，进行一系列计算，最终在屏幕上生成看起来有&#;真3D视觉体验的2D图形的。因为图形学相关的流程和算法非常繁多而且复杂（起码对于老衲这样的小白来说很复杂），所以本章只是概述性的介绍一下，如果你对此非常感兴趣，可以进一步阅读《计算机图形学》一书，并且参考图形学相关各种文章哈。 PS：今天写的都是一些理论性的东西，看起来会很枯燥，但是这些理论就像楼房的地基一样，如果不熟悉的话，将来就算能完成shader相关功能，那也一定非常低效。（曾经一位大牛对老衲意味深长的如是说 - -！）二、3D渲染管线：（下面内容主要节选和概括自《GPU编程与CG语言之阳春白雪下里巴人》第页第2章：GPU图形绘制管线）我们可以将图形渲染管线划分为三个阶段：应用程序阶段、几何阶段、光栅阶段，如下图：（因为老衲的visio今天没装好，所以只好用书上英文的图，没办法自己画中文的，以后不会了哈，抱歉，嘻嘻~~~么么哒）

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1、应用程序阶段：（上图中，中间橙色条以上的部分）

使用高级编程语言（如C/C&#;&#;、JAVA、C#等）进行开发，主要和CPU、内存打交道，进行比如碰撞检测。场景建立、场景管理、视锥裁剪等算法的处理；

2、几何阶段：（上图中，橙色部分）

主要负责顶点坐标变换、光照、裁剪、投影以及屏幕映射计算，该阶段是基于GPU运算，最终会得到变换和投影后的顶点坐标、颜色和纹理坐标；蛋哥的学习笔记之-基于Unity的Shader编程：0-2 基本3D图形渲染管线概述(蛋哥的日常)

a、物体坐标系（object coordinates）正如其名，该坐标系中定义了模型独立的各顶点信息，它与大场景中的其它模型没有任何参照关系，比如在MAX或者MAYA里编辑模型一样。^@^b、世界坐标系（world coordinates）世界坐标系中会定义一个统一的原点，和各坐标分量（x、y、z轴），然后将各模型通过平移，旋转、缩放变换到世界坐标系中，比如在unity编辑器中编辑场景。光照通常会在世界坐标系中计算，当然也可以再视景坐标系中运算。（其实老衲一直觉得既然使用的是局部光照，在视景坐标系下效率肯定高很多啊，但是书上是这么写的，有待讨论，不过如果是全局光照的话，肯定要放在世界坐标系运算的）c、视景坐标系（eye coordinates）所谓视景坐标系，就是以摄像机为坐标原点，由摄像机方向，视角和远近平面所构成的一个梯形体的三围空间，来确定摄像机能“看”到哪些模型，需要剔除哪些模型的渲染来提高性能（剔除的过程称之为裁剪，详细的裁剪算法可以进一步阅读《计算机图形学》或者《3d游戏编程大师技巧》一书）。d、屏幕坐标系（project and clip coordinates）所有变化和裁剪后的模型，最终会经过透视投影，最终运算出屏幕分辨率大小的2D图形。（详细的透视投影算法可以进一步阅读《计算机图形学》或者《3D游戏编程大师技巧》一书）3、光栅阶段：（上图中，橙色以下部分）光栅化阶段主要进行决定哪些像素被集合图元覆盖的过程，其运算可以概括为两个步奏：a、确定形状和绘制范围：首先我们经过各种变换和运算所得到的点坐标都是浮点数，而屏幕坐标都是整数，我们只能选取最接近的点；其次，根据2个点我们需要绘制直线，通常直线通过DDA算法、Bresenham算法来实现；（详细的算法可以进一步阅读《计算机图形学》或者《3D游戏编程大师技巧》一书）最后，绘制区域图元的算法通常有扫描线多边形填充算法、边界填充算法等。（详细的算法可以进一步阅读《计算机图形学》或者《3D游戏编程大师技巧》一书）b、Pixel Operation在更新帧缓存之前，执行最后一些列针对每个片段的操作，其目的是计算出每个像素的颜色：

1：消除这当面；

2：纹理操作，也就是根据像素的纹理坐标，查询对应的纹理&#;；

3：Blending：混色，也就是根据已画好的颜色，进行Alpha混合，通常用作透明处理；

4：Filtering：对最后处理的颜色使用某种滤镜后输出，即使用一系列数学运算，生成新的颜色。

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