图形渲染管线、图形处理单元[实时渲染]

图形渲染管线、图形处理单元[实时渲染]

一、图形渲染管线

1.结构

4个主要步骤：应用程序，几何处理，光栅化和像素处理

几何处理阶段又分为顶点着色，投影，剪切和屏幕映射。

顶点着色之后，有3个阶段镶嵌，几何着色和流输出。

光栅化的2个子阶段，三角形设置和三角形遍历。

二、图形处理单元

1.数据并行体系结构

单指令，多数据（SIMD）

简化着色器执行示例

2.GPU管线总览

GPU实现渲染管线流程图：

3.可编程的着色阶段

统一虚拟机架构和寄存器布局如下图：

4.着色语言API

最早的着色器结构：

5.顶点着色器

6.曲面细分阶段

曲面细分流程图如下：

hull shader 阶段接受曲面参数，效果如图：

7.几何着色器

GPU运行的阶段有：光栅化，曲面细分，几何着色器。

流输出

8.像素着色器

9.融合阶段

10.计算着色器

三、变换

表示一个点

表示一个向量

1.基础变换

平移：平移矩阵：

平移示意图：

旋转：

三个方向的旋转矩阵为：

例子：围绕一个点旋转：

解释如下图：

缩放：缩放矩阵

例子：按某种方向缩放：

构造F:

扭曲：

效果图如下：

变换的连接：依赖于顺序

图下表示不同顺序产生不同的结果：

顺序为：

刚体变换：只有平移和缩放的变换

刚体变换矩阵：

X的逆：

定位相机：

相机偏移矩阵

法线变换：

正确的办法使用伴随矩阵去计算法线。

逆的计算：

2.特殊矩阵变换与操作

The Euler Transform:

参数：

矩阵分解：

任意轴的旋转：

四元数：

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