Unity Shader入门精要

图2.2 渲染流水线中的三个概念阶段

图2.3 渲染所需的数据（两张纹理以及3个网格）从硬盘最终加载到显存中。在渲染时，GPU可以快速访问这些数据

图2.4 在同一状态下渲染三个网格。由于没有更改渲染状态，因此三个网格的外观看起来像是同一种材质的物体。

图2.5 CPU通过调用Draw Call来告诉GPU开始进行一个渲染过程。一个Draw Call会指向本次调用需要渲染的图元列表

图2.6 GPU的渲染流水线实现。颜色表示了不同阶段的可配置性或可编程性：绿色表示该流水线阶段是完全可编程控制的，黄色表示该流水线阶段可以配置但不是可编程的，蓝色表示该流水线阶段是由GPU固定实现的，开发者没有任何控制权。实线表示该shader必须由开发者编程实现，虚线表示该Shader是可选的

图2.7 GPU在每个输入的网格顶点上都会调用顶点着色器。顶点着色器必须进行顶点的坐标变换，需要时还可以计算和输出顶点的颜色。例如，我们可能需要进行逐顶点的光照

图2.8 顶点着色器会将模型顶点的位置变换到齐次裁剪坐标空间下，进行输出后再由硬件做透视除法得到NDC下的坐标

图2.9 只有在单位立方体的图元才需要被继续处理。因此，完全在单位立方体外部的图元（红色三角形）被舍弃，完全在单位立方体内部的图元（绿色三角形）将被保留。和单位立方体相交的图元（黄色三角形）会被裁剪，新的顶点会被生成，原来在外部的顶点会被舍弃

图2.10 屏幕映射将x、y坐标从（-1, 1）范围转换到屏幕坐标系中

图2.11 OpenGL和DirectX的屏幕坐标系差异。对于一张512*512大小的图像，在OpenGL中其（0, 0）点在左下角，而在DirectX中其(0, 0)点在左上角

图2.12 三角形遍历的过程。根据几何阶段输出的顶点信息，最终得到该三角网格覆盖的像素位置。对应像素会生成一个片元，而片元中的状态是对三个顶点的信息进行插值得到的。例如，对图2.12中三个顶点的深度进行插值得到其重心位置对应的片元的深度值为-10.0

图2.13 根据上一步插值后的片元信息，片元着色器计算该片元的输出颜色

图2.14 逐片元操作阶段所做的操作。只有通过了所有的测试后，新生成的片元才能和颜色缓冲区中已经存在的像素颜色进行混合，最后再写入颜色缓冲区中

图2.15 模板测试和深度测试的简化流程图。

图2.16 混合操作的简化流程图

图2.17 图示场景中包含了两个对象：球和长方体，绘制顺序是先绘制球（在屏幕上显示为圆），再绘制长方体（在屏幕上显示为长方形）。如果深度测试在片元着色器之后执行，那么在渲染长方体时，虽然它的大部分区域都被遮挡在球的后面，即它所覆盖的绝大部分片元根本无法通过深度测试，但是我们仍然需要对这些片元执行片元着色器，造成了很大的性能浪费

图2.18 CPU、OpenGL/DirectX、显卡驱动和GPU之间的关系

图2.19 命令缓冲区。CPU通过图像编程接口向命令缓冲区中添加命令，而GPU从中读取命令并执行。黄色方框内的命令就是Draw Call，而红色方框内的命令用于改变渲染状态。我们使用红色方框来表示改变渲染状态的命令，
是因为这些命令往往更加耗时

图2.20 命令缓冲区中的虚线方框表示GPU已经完成的命令。此时，命令缓冲区中没有可以执行的命令了，GPU处于空闲状态，而CPU还没有准备好下一个渲染命令。

图2.21 利用批处理，CPU在RAM把多个网格合并成一个更大的网格，再发送给GPU，然后在一个Draw Call中渲染它们。但要注意的是，使用批处理合并的网格将会使用同一种渲染状态。也就是说，如果网格之间需要使用不同的渲染状态，那么就无法使用批处理技术