可编程渲染管线与着色器语言
转载自:http://www.cppblog.com/Leaf/archive/2013/02/22/198015.aspx
一、3D渲染管线工作流程
输入3D模型，输出2D图片
数据填充
当我们想实现一次渲染效果的时候，数据的提交（填充）是不可缺少的。因此，工作流程的第一步就是要处理输入的数据；
二我们最直接的接触3D渲染流程的时机，就是数据填充时，更确切的说，就是那一堆set数据的API。
数据填充允许我们提交我们想要的数据，比如顶点数据（如位置，法线，颜色，纹理坐标等）。常亮（世界矩阵，观察矩阵，投影矩阵，纹理因子等等）。
变换&顶点光照
在这个阶段，顶点会经过世界变换，观察变换，投影变化（本地坐标系->世界坐标系->摄像机坐标系->投影坐标系）。通常情况下，在顶点经过观察变换后，便开始做一些光照计算，这一阶段是可编程管线所提供的顶点处理阶段。也就是说，我们可以通过着色器程序来控制这一阶段的结果。在着色器程序中，我们可以任意地处理想要的数据，比如进行纹理坐标缩放，旋转，随机偏移等等。
面处理（前期）：面的组装（全都由引擎自动完成）
面的组装：
在unity中采用Triangle Strip进行组装
裁剪&光栅化
当经过坐标变换和光照后，顶点已经被投影为2D坐标+深度信息。一些不可见的顶点会被裁剪调，比如背面的点。同时，剩下的顶点会被插值计算，以形成由像素构成的图元。所有的信息都会被插值，如纹理坐标，法线，颜色等。
面处理（后期）：面的截取，面的剔除 （全都由引擎自动完成）
面截取 （摄像机视锥体外的截取掉）
摄像机看不见的不渲染
面剔除
1、反面剔除
2、近截面远截面剔除 （相机近截面和远截面的对象的剔除） 通过硬件提供的深度缓存（Depth Buffer 或者 Z-buffer）来进行判断是否在摄像机有效的距离内。 这里的深度指面距离镜头所在平面的距离
3、遮挡剔除 去掉覆盖在其他面后面的面的部分， 也通过深度缓存的支持才可以计算
像素处理
像素处理阶段是最耗时，但也是最能够使你的渲染效果品质更高的地方，像素最终的样子会在此决定，你可以进行纹理映射，纹理混合，模糊，扩散等效果。
这也是可编程管线中可以用SHADER控制的另一个处理过程。
像素的一些额外处理和输出
当像素经过像素处理阶段后，并不能都有机会输出到屏幕上，因为还要经过深度（也有一些比较优化的渲染管线将深度测试提到了像素处理前）和模板测试，ALPHA测试，经过这些测试后，还要进行一次ALPHA混合，这次与目标缓冲区的混合，就能够实现半透明效果。虚拟世界中的五光十色就是因为这个半透明效果而生动。
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在3D渲染流程中，我们能够用着色器语言控制的就是“顶点变化和光照”以及“像素处理”阶段。大概介绍一下GPU中用于处理着色器的最基本的帮手 - 寄存器
GPU中的寄存器与CPU的普通寄存器有一点不用，GPU中的每一个寄存器都是一个四维向量寄存器，即一个寄存器拥有4个浮点分量。通常用（x,y,z,w)或者(r,g,b,a)来表示。
输入寄存器
输入寄存器是GPU用来接收数据的寄存器，当我们将渲染数据填充到GPU时，其实就是讲这些数据填充到这些输入寄存器上。
比如，我们将一个顶点的位置和法线提交后，GPU在处理这个顶点时，其对应的寄存器就会拥有这个顶点相应的值。
顶点处理阶段和像素处理阶段用到的输入寄存器是不同的，输入寄存器决定了对应的处理阶段能够做的事情。
比如，我们提交了一个三角形的顶点和纹理坐标信息，并且我们提交了一张纹理，用来对这个三角形做纹理映射。但是，我们是不能在顶点处理阶段就对其他纹理。因为我们不能在顶点处理时访问纹理数据（如果真要这样，那就只能够使用顶点纹理了，这个内容超出了本次介绍的范围）。
常亮寄存器
常亮寄存器用来向着色器传递我们所需要控制的常量信息，比如，世界矩阵，观察矩阵，投影矩阵，纹理矩阵。以及我们可以设置一些值，比如当前时间，用来实现偏移一个定点的纹理坐标，使其纹理呈移动的效果。又或者通过这个值，动态改变定点的位置，使其出现波动效果，这些就是常量寄存器可以干的事情。
临时寄存器
临时寄存器使我们能够在着色器处理的过程中存放一些值，鶸你是用高级着色器语言编写着色程序，那你是感觉不到临时寄存器存在的，因为你仅仅是声明了一个临时变量，但确实，这就是临时寄存器的功劳。它才是真正的幕后黑手。
纹理采样寄存器
纹理寄存器用于存放你提交的纹理，并且提供纹理采样功能。如临近点采样，双线性采样，三线性采样等。这些都肯定你的知识来做相应的工作。它主要是辅助你完成纹理映射工作。
输出寄存器
输出寄存器就是你着色程序能够输出的呢绒，输出内容通过输出寄存器传递出来。顶点处理程序的输出有两种，一种是输出到帧缓冲，另一种是输出给像素处理程序，最典型的就是纹理坐标数据，当顶点处理程序拿到输入寄存器传递过来的纹理坐标值后，经过一些处理，又输出。二真正需要使用这个信息的，就是像素处理程序。
常有的有位置，纹理坐标，颜色等。
二、着色器语言
这里多了一个几何着色程序，这个是后来新加入的兄弟，传统的着色程序不能增加删除顶点。 但是，它可以。
着色器语言有高级语言和低级语言两种。 低级语言采用的是汇编那种助记符方式。
如 dp4 r0,v0,c0 这样的，表示将v0,c0点乘，并放入临时寄存器r0中。
而高级语言则是C风格的，很符合人们的编程习惯。 与传统的编程语言发展规律是相同的。
如 float temp = dot(dir,normal);
而常见的着色器语言中，低级语言如D3D中的LLSL，以及Adobe新出的Statge3D协同工作的AGAL.
高级语言如 CG,HLSL,GLSL应该很熟了吧。
CG是NVIDIA公司出的语言，它可以在D3D和OPENGL中工作，但需要使用NVIDIA对应的SDK。
HLSL是D3D协同工作的高级着色器语言。
GLSL是OPENGL协同工作的高级着色器语言。
