什么是渲染管线？

将素材通过一系列的加工最终显示在屏幕上，一系列的加工如同流水线一般。

渲染管线

渲染管线的工作是将一个三维场景出发，渲染成一张二维图像。这个过程由CPU,GPU共同完成。渲染流程分三个阶段：

应用阶段

在应用阶段开发者具有绝对的控制权。应用阶段分三个任务（CPU负责实现）

1. 准备好场景数据。如场景所有GameObject信息，光照信息等。将数据加载到显存中。

   硬盘-> RAM -> 显存

2. 为了提高渲染性能，将相机不可见的物体剔除，这样就不用交给几何阶段处理了。

3. 设置每个模型的渲染状态，如使用的材质，纹理，Shader等。输出渲染所需的几何信息，即：渲染图元,渲染图元可以是点，线，三角面等。这些渲染图元将会传递到下一个阶段。(调用DrawCall)

几何阶段(GPU)

几何阶段是用于处理所有要绘制的集合相关的事情。将上个阶段传递的渲染图元进行逐顶点，多边形进行处理。输出屏幕空间的二维顶点坐标，以及每个顶点的深度值，主色等相关信息，然后传递给光栅化阶段。这一阶段在GPU上进行。

光栅化阶段(GPU)

光栅化阶段会将上一阶段传递过来的数据生成对应屏幕上的像素，并渲染出最终图像。这一阶段也是在GPU上进行。

CPU与GPU的通信

渲染管线的起点是CPU,即应用阶段。应用阶段分为三个任务：

1. 把数据加载到显存中。所有的渲染需要从硬盘(HDD)加载到内存(RAM)中，然后网格和纹理等数据又被加载到显存中，因为大多数显卡不能直接访问RAM,而且显卡读取显存速度也很快。当数据加载到显存后，RAM中一些CPU不再访问的数据即可移除掉了。但是之后还要使用的数据不能移除掉，毕竟从HDD加载到RAM还是很耗时的。之后通过CPU设置渲染状态进而指导GPU进行渲染。
2. 设置渲染状态。渲染状态就是定义了场景中的网格该被如何渲染。如使用哪些顶点/片元着色器，光源属性，材质等。之后CPU调用DrawCall命令告诉GPU开始渲染。
3. 调用DrawCall。DrawCall是一个渲染命令，由CPU发起，GPU接收。这个命令只会只想一个需要渲染的图元列表。当GPU收到DrawCall后，会根据渲染状态和顶点数据进行计算（GPU的流水线），最终显示到屏幕上。

GPU流水线

CPU向GPU传递渲染命令后，GPU经过一系列操作把图元显示在屏幕上。GPU阶段开发者没有绝对的控制权，即：无法控制这两个阶段的实现细节，但在不同的阶段会有不同的可配置性和可编程性。

顶点着色器(几何阶段)

• 通常用于顶点的空间变换，顶点着色等功能。（完全可编程）
• 数据来:CPU。每个输入进来的顶点都会调用一次顶点着色器。
• 顶点着色器不可创建、销毁任何顶点。
• 任务

1. 坐标变换。最基本必须完成的变换：从模型空间转换到齐次裁剪空间。
2. 逐顶点光照。

裁剪(几何阶段)

对于一个片元，在相机可视范围内就传递到下一个阶段，不在可视范围就舍弃掉，对于部分在可视范围内就需要对片元进行裁剪，只传递可视部分。（可配置）

屏幕映射(几何阶段)

把输入的三维坐标转换为二维屏幕坐标。（OpenGL左下角原点，DX左上角原点）

三角形设置(光栅化阶段)

片元着色器。

完全可编程。用于逐片元的着色操作。