GPU渲染

渲染管线的三个概念阶段

渲染流水线可以分为三个概念性阶段:应用阶段,几何阶段,光栅化阶段。游戏场景中的物体渲染都是基于可编程流水线实现的,其实就是把绘制的3D物体通过可编程流水线绘制在2D的屏幕上的过程。渲染简单的理解可能可以是这样:就是将三维物体或三维场景的描述转化为一幅二维图像,生成的二维图像能很好的反应三维物体或三维场景.

GPU渲染流水线的简单概括

GPU流水线主要分为两个阶段:几何阶段和光栅化阶段

几何阶段

顶点着色器 ——> 曲面细分着色器(可选)----->几何着色器(可选)----->裁剪——>屏幕映射

顶点着色器
流水线的第一个阶段,输入来自于CPU,处理的基本单位为单个顶点,输入的每个顶点都会调用一次顶点着色器。

主要工作是:坐标变换(比如改变顶点位置模拟水面、布料等)和逐顶点光照,并输出后续阶段需要的数据(常见的输出路径是经光栅化后交给片元着色器处理)。

曲面着色器
一个可选的着色器,用于细分图元。

几何着色器
用于执行逐图元操作,或者用于产生更多的图元

裁剪
将不在摄像机视野的顶点裁剪掉,并剔除某些三角图元的面片(主要处理一部分在视野内另一部分在视野外的图元。

GPU渲染流水线

GPU的渲染流水线的主要任务是完成3D模型到图像的渲染(render)工作。常用的图形学API编程模型中的渲染过程被分为几个可以并行处理的阶段,分别由GPU中渲染流水线的不同单元进行处理。GPU输入的模型是数据结构(或语言)定义的对三维物体的描述,包括几何、方向、物体表面材质以及光源所在位置等;而GPU输出的图像则是从观察点对3D场景观测到的二维图像。在GPU渲染流水线的不同阶段,需要处理的对象分别是顶点(vertex)、几何图元(primitive)、片元(fragment)、像素(pixel)。

如图1-6所示,典型的渲染过程可以分为以下几个阶段:

1.顶点生成

图形学API用简单的图元(点、线、三角形)表示物体表面。每个顶点除了(x,y,z)三维坐标属性外还有应用程序自定义属性,例如位置、颜色、标准向量等。

2.顶点处理

GPU屏幕渲染的两种方式——On-Screen Rendering、Off-Screen Rendering

GPU渲染机制:

CPU 计算好显示内容提交到 GPU,GPU 渲染完成后将渲染结果放入帧缓冲区,随后视频控制器会按照 VSync 信号逐行读取帧缓冲区的数据,经过可能的数模转换传递给显示器显示。

GPU屏幕渲染有以下两种方式: