第二章 渲染流水线 (上)

        本文主要是对《Shader入门精要》（冯乐乐著）第2章的内容进行简要总结和一些自己的理解，如果读者和我一样是初学者，建议先看一遍冯女神的第二章，再观看本文，如果文章有任何错误，不足，特别欢迎各位大佬给我进行指正，感谢大家！

        首先我们要明白：渲染流水线的最终目的是将一些“零件”（从一个三维场景获得资源：顶点数，纹理，光源等）通过一系列“工厂操作”，最终成为电脑屏幕上的有效果的二维纹理图。

       一.简述渲染流水线

        1.流水线

          结合原文章的例子，以相同时间完成洋娃娃的个数为比较标准，假设为4道工序，每个工序1小时，一个人制作一个洋娃娃4小时，若将这4道工序分配给4位工人做，4小时明显可以得到一个洋娃娃，一个完成前3道工序的洋娃娃，一个完成前2道工序的洋娃娃，一个完成1道工序的洋娃娃，明显可以看到并行开发的效率的优势。流水线中决定生产速度的是最耗费时间的那一道工序的时间（可以自己举例看看），理想状态下，一个非流水线系统转换成n个流水线阶段（每段的耗时相同）则可以使整个系统速度提升n倍。

         2.渲染流水线

        一个渲染流程分成3个阶段：应用阶段，几何阶段，光栅化阶段（每个阶段也同样是一个流水线），这些阶段由CPU和GPU共同完成。接下来对三个阶段分别做一个总结。

         应用阶段

          特点：通常由CPU实现，此阶段流水线由开发者主导。

          三大任务：1.准备场景数据（摄影机位置，模型，光源等）->2.粗粒度剔除（优化，将不可见的地方去掉，不用交付给下一阶段，减少工作量）->3.设置模型渲染状态（这个模型用             什么材质呀，用什么Shader呀，用什么纹理等）

           输出：渲染图元（里面是一些渲染所需的几何信息），其形式可以是点，线，面。

         几何阶段

        输入来源：渲染图元

        特点：通常在GPU上处理，可以分为更小的流水线阶段

        任务：处理一切和要绘制的几何相关的事情，需要绘制的图元是什么，如何绘制，在哪绘制。重要任务：将顶点坐标变换到屏幕空间上。

         输出：屏幕空间的二维顶点坐标，顶点对应的深度值，着色等信息。

       光栅化阶段

        特点：还是在GPU上工作，可以分为更小的流水线阶段

       任务：用前面两个阶段的数据，产生像素，渲染成图，决定渲染图元的哪些像素显示在屏幕上，对上个阶段的逐顶点数据进行插值，然后进行逐像素处理。

     二.CPU和GPU之间的通信

       通过上面的介绍，可以看出整个渲染流水线可以分成CPU阶段和GPU阶段，这里主要是介绍CPU到GPU之间的过程（GPU工作之前）。

       应用阶段可以分为三个部分：

       1.数据加载到显存

       渲染数据的走位：硬盘(HDD)->系统内存（RAM）->显存（VRAM）[显卡上的存储空间]

      主要的问题：

      提问1：为什么要加载到显存中？

      回答1：显卡对显存访问速度更快，并且大部分显卡对RAM没有访问权限。

      提问2：加载到显存中的数据有哪些？

      回答2：所有渲染所需的数据（包括但不限于顶点的位置信息，顶点的颜色，法线方向，纹理坐标等）

      提问3：加载到显存后，RAM里面的数据可以删掉了吗？

      回答3：有部分数据，由于CPU还希望继续访问，所以不会删掉，因为从硬盘重新加载到系统内存也是要耗费时间的。

       2.设置渲染状态

       提问1：什么是渲染状态？

       回答1：可以理解为描述一个渲染效果是怎样的，是如何被渲染的，例如：使用哪个顶点着色器（Vertex）/片元着色器（Fragment Shader）光源属性，材质等。

       3.调用Draw call

        提问1：这是个啥玩意？

        回答1：就是一条命令，是CPU对GPU说接下来渲染哪个？然后通过CPU的指向去指向相应的渲染图元。（注意，这里只会指向渲染图元列表中的元素），因为经过上一个阶段，每一个图元已经知道自己的渲染状态是什么样了。

        提问2：后续工作是什么？

        回答2：GPU收到指令，然后GPU根据渲染状态和所有输入的顶点进行计算，最终得到屏幕上的像素。

   至此，第二章的前半部分就先总结到这里，下半部分是重点，所以单独在另一篇文章。欢迎大家给我留言哦！