3D建模渲染原理

啥玩意是渲染？

游戏图像的绘制被称为渲染

啥玩意是渲染管线？

表示绘制到游戏视图的过程中，一个模型文件的数据经过了哪些转换步骤

通常指的是GPU流水线，不包含CPU部分

CPU主要是准备好顶点、贴图、法线、灯光方向、颜色等东西之后，告诉GPU

GPU接收到数据后，就要对其处理最终显示到屏幕上

因为屏幕是2D画面，模型是3D资源，必然有一部操作，就是将3D转化为2D。

这个操作之前被称为顶点阶段（几何阶段），主要是处理3D模型数据

之后被称为片元阶段（光栅化阶段），处理2D像素数据

1.顶点着色器（Vertex Shader）

如下所示：

#pragma vertex vert

struct v2f

{

  float4 pos : SV_POSITION;

  fixed4 color : COLOR;

};

v2f vert (appdata_base v)

{

每个顶点都会调用一次这个函数，并转化为这个函数的输出，这些输出被称为图元（Primitive）

一般可以在这里改变顶点或者法线相关信息

2.曲面细分（Tessellation Shader）

是OpenGL 4.0新加入的特性，很多设备还不支持

主要的作用是可以优化曲面，eg：使曲面更平滑

3.几何着色器（Gemoetry Shader）

几何着色器的输入输出都是图元（Primitive），不是顶点

可以将简单的图元扩展成更为复杂的形式

4.变化回执（Transform Feedback）

是在OpenGL 3.0之后加入的特性

可以将图元存放到 Transform Feedback Buffer中，并可以决定是否按照先前的流程光栅化

主要特性：在下一帧渲染时，可以得到上一帧图元的数据，对于定量变化的情况，可以节省掉流水线之前的步骤

（常被用于粒子系统 or 角色的头发）

5.裁剪（Clipping）

图元会根据视域的平截头体（Frustums）做可见性判断

区域外的定点会被舍弃，与这个定点连线的三角形的边会与平截体求交点，这些交点就变成裁剪后的新顶点

6.屏幕映射（Screen Transform）

图元的坐标从齐次裁剪空间变换到屏幕空间

7.图元装配（Primitive Assembly）

顶点会被转化成基础图元，供后续步骤使用

三角形的朝向剔除（Face Culling）是在这个阶段完成的

8.光栅化（Rasterization）

三角形会经历两个步骤：

1.三角形会被转化成片段

2.会遍历三角形，获取顶点属性进行插值，在每个像素点上产生一个插值

如果开启了多重采样抗锯齿（Multisample Antialiasing，MSAA），此处就会对每个像素进行多次采样，产生多个偏远，最后在混合，以达到抗锯齿的效果

9.提前深度测试（Early Depth Test）

检查片元的深度，如果不需要显示则丢弃它

可以在片元着色器运行之前去掉不合理的值，减少运算的消耗

但是与后续的透明测试有冲突，如果在后续的透明度测试中失败，这步深度测试也不应该将其通过

有些GPU会判断是否有此类冲突，如果有就跳过（有一定消耗）

10.片元着色器（Fragment Shader）

可以自定义光照计算、读取贴图颜色、设置透明度等

输入是光栅化后得到的片元数据，输出值也为片元数据

Unity中会把函数返回值写为运算后的颜色

11.逐片元操作（Pre-Sample Operation）

这个阶段：主要是先测试后混合

测试共经历了4个测试：

他们的作用都是确定一个像素是否应该显示

1.裁切测试（Scissor Test）

通过区域判断的，与基于顶点的 Clipping 阶段不同

2.透明测试（Alpha Test）

透明度达不到，就不绘制

3.模板测试（Stencil Test）

通过缓冲区来进行像素比较，与ColorBuffer或DepthBUffer，StencilBuffer是一个8位图像，每个像素保存一个无符号整型

4.深度测试（Depth Test）

通过深度缓冲区的比较，判断是否应该绘制像素

需要先制定深度写入规则，然后再指定比较规则

分别对应Unity的 ZWrtie 和 ZTest

（深度写入不透明物体默认打开，透明物体默认关闭，测试方法默认是小于等于）

混合阶段主要有2个阶段：

1.混合（Blending）

通过测试的颜色与ColorBuffer中颜色的叠加方式

混合有多种叠加方式，一般会使用RGBA的值作为计算因子，采用插值的方式进行线性计算

2.写入遮罩（Write Mask）

主要是颜色遮罩（Color Mask），在最终绘制时，对颜色进行过滤