可编程渲染管线处理数据的流程可分为以下3大阶段
这个阶段大概会由CPU处理4件事情。首先会对模型数据进行可见性判断。模型数据由顶点位置、法线方向、顶点颜色、纹理坐标等构成。然后会将模型数据加载到显存以提高读取速度。再为每个图元设置常数寄存器和渲染状态。最后为一个渲染图元列表调用DrawCall指令。
图元可以是点、线、三角形。
这个阶段由GPU进行处理,会对每一个需要渲染的图元进行逐顶点、逐多边形处理,最根本的任务是将顶点的模型坐标转换到屏幕空间。
顶点着色器的基本任务是将顶点转换到齐次裁剪空间,还可以进行的其他任务有:
2.1.1 投影变换
透视投影
在摄像机使用透视投影的时候,为了呈现出近大远小的透视收缩(perspective foreshortening)效果,需要对顶点进行透视投影变换。使用透视投影矩阵进行变换后,并没有进行裁剪,只是使得w值有了意义,为后面的裁剪做准备。
Unity透视投影矩阵(右乘)
会改变空间手系,从右手系变成了左手系,因为Unity的观察空间是右手系,NDC空间是左手系
观察空间中的顶点(x,y,z)透视投影到齐次裁剪空间后变为
透视投影齐次裁剪空间中坐标的w值为
正交投影
$正交投影远(近)裁剪平面高度=2 \cdot Size$
Unity正交投影矩阵(右乘)
会改变空间手系,从右手系变成了左手系,因为Unity的观察空间是右手系,NDC空间是左手系
观察空间种的顶点(x,y,z)正交投影到齐次裁剪空间后变为
正交投影齐次裁剪空间中坐标的w值为1
用于细分图元
裁剪的作用是将每个三角形在平截头体以外的部分切掉,把在平截头体以外的三角形剔除。
满足以下条件的顶点才会被保留下来:
所谓的齐次除法就是让x、y、z都除以w,这时就可以得到NDC空间中的坐标
上图右边都是OpenGL的NDC,DirectX的NDC也和上图右边类似,但z范围在[0,1]
视口空间:程序运行窗口构成的空间
矩阵中的X、Y是视口空间原点的屏幕坐标
这个阶段由GPU来决定绘制哪些片元以及这些片元的颜色
片元=片段:三角形被栅格化后,其中的每一个小方块都是一个片元,可以看成是还不确定最终是否可以呈现到屏幕上的像素
这个阶段的任务是找出三角形边界所覆盖的像素
这个阶段会对每个三角形进行栅格化,即找出每个三角形覆盖的像素区域。区域中的片元中信息(屏幕坐标、深度值、法线坐标、纹理坐标)由3个顶点数据进行插值(必要时会采用透视校正插值)得到
如果用户没有在片元着色器中改变深度或自我丢弃(discard),显卡会自动开启该功能
用于执行逐像素着色操作,如纹理采样、多重纹理采样、逐像素光照
3.5.1 模板测试
if 开启了模板测试 then
比较参考值(使用读取掩码)和模板缓冲区中的模板值(使用读取掩码)
if not 通过模板测试 then
舍弃该片元
end
根据已设置的渲染状态更新模板缓冲区中的值(使用写入掩码)
end
3.5.2 深度测试
if 开启了深度测试 then
比较该片元的深度值和深度缓冲区中的深度值
if 通过了深度测试 then
if 开启了深度写入 then
将深度值写入深度缓冲区
end
else
舍弃该片元
end
else
if 开启了深度写入 then
将深度值写入深度缓冲区
end
end
3.5.3 混合
if 开启了混合 then
用alpha混合函数(alpha blending function)将该片元的颜色值和颜色缓冲区中的颜色值进行混合
else
直接使用该片元的颜色值
end
更新颜色缓冲区中的颜色值
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