知识框架

什么是渲染？

给定3D场景（物体环境光照camera等）通过渲染生成/绘制一张2D二维图像

实现渲染这一过程的管线叫做渲染管线。

渲染，通俗的讲可以将一些部分理解为日常生活中的拍照：

在拍照时我们需要准备好要拍的东西（类比赋予材质后的模型）摆放好，然后要找到一个比较漂亮的构图（类比移动摄像机，选定视角，确定哪些需要渲染），当然摄影作为光影艺术，还要调节一个适宜的光线，让画面不灰不脏（类比光照的设置，环境光，漫反射，全局光照），这些都设置好了以后（给定3D场景）。然后“咔嚓”，按下快门键（渲染），拍立得的话就会生成一张照片（照片可以类比为渲染的2D图像）。当然有时候会对照片不满意，会拿PS修一修图（修图加滤镜的过程可以类比为后处理）。

渲染管线概述【美术向类比素描绘制】

根据《real- time-rendering》中将渲染管线分为

应用阶段——几何阶段——光栅化阶段

*每个阶段本身也可能是一条管线，此外还可以对有的阶段进行全部或者部分的并行化处理。

*最慢的管线阶段决定绘制速度（图像更新的速度）一般用FPS来表示每秒绘制的图像数量，或者是Hz。

应用阶段

1.准备场景数据：（模型的法线/顶点/材质/UV/光照/摄像机，其他数据如偏移数据等）

2.加速粗粒度剔除：（可见光剔除：视锥体/光锥没有交集不可见剔除AABB包围盒。可见场景剔除：八叉树/k_D树等）

3.设置渲染状态

（a,用什么shader，

b,设置渲染顺序是按照摄像机距离远近，还是材质等，

c，设置渲染目标：frame buffer/render texture，

d渲染模式：前向渲染还是延时渲染）

调用Draw Call/setpass call输出数据到显存

（美术的理解就是，这一过程就是写生前的揣摩，脑内绘画，画画前先动脑！啊，集训PTSD……）

几何阶段

*几何阶段执行的是计算量非常高的任务，在只有一个光源的情况下，每个顶点大约需要100次左右的精确的浮点运算操作。

坐标变换

（将坐标为模型空间--世界空间--观察空间--裁剪空间）

坐标变换我个人的理解是为了简化并且准确的描述位置的必要变换，在生活中我们拥有很多参考系，参照物，指指左右就可以，但如果构建一个虚拟的世界呢？那这个世界我怎么描述我在哪，我的手在哪？那个房子在哪？因此需要坐标，需要原点和参照。（MVP矩阵的推导会详细说明，这里只是介绍）

美术可以以C4D,MAYA为例理解这个变换过程，制作的时候，模型的坐标是可以移动的，整个场景是由一个坐标可以改的（做对称时，常把模型放回原点的操作）无论是外接keyShot，还是直接软件内渲染，都会有个摄像机，观察视图，裁剪后以这个尺寸比例输出。

顶点着色器（顶点shader）

*为了产生逼真的场景，渲染形状和位置是远远不够的，我们需要对物体的外观进行建模。而物体经过建模，会得到对包括每个对象的材质，以及照射在对象上的任何复杂光源的效果在内的一些描述。

*确定材质上的光照效果的这种操作被称为着色，着色过程涉及在对象上的点处计算着色方程。

顶点光照

除此可能设置的shader还有曲面细分shader/几何着色shader

*总之，顶点着色阶段的目的在于确定模型上顶点处材质的光照效果。

投影

透视投影/正交（平行）投影 （w值）——（将模型从三维空间投射到二维空间的过程，相当于快压扁的状态）

*在光照处理之后，将视体变换到一个对角顶点分别是（-1，-1，-1）和（1，1，1）单位立方体内（CVV-规范立方体）

裁剪

NDC，CVV裁剪，（不可见三角片元剔除，边缘裁剪增加顶点，范围内保留）

屏幕映射

裁剪空间--屏幕空间（视口坐标空间）

光栅化阶段

三角形设置：

将顶点试着连线三角面，计算三角网格边界（看三条边的顶点）

用于扫描转换，以及由几何阶段处理的各种着色数据的插值操作所用。

三角形遍历：

产生锯齿的阶段，看哪些像素是覆盖在片元里面的

片元着色器

输出颜色，给片元着色

输出合并，逐片元操作

片元——Alpha测试——模板测试——深度测试——blend混合——输出到帧缓冲区

此外可能还会进行一些后处理

美术理解：

其他

什么是OpenGL/DirectX，HLSL/GLSL/cg？

OpenGL/DirectX是图形API（图像应用编程接口）

HLSL（high level shading language）微软开发的着色器中间语言

GLSL（OpenGL shading language）OpenGL开发中间语言

cg（C for Graphic）跨平台图形中间语言（OpenGL和Dx都可以使用，更加抽象了一层，但可能实现不了GLSL中最新的运用）

4.CPU和GPU是怎么并行工作的？

使用命令缓冲区，将命令放在缓冲区中，CPU添加命令，GPU接收

5.Draw Call多了为什么会影响帧率？

感性一点类比将一个10MB的数据放在1个文件夹和用无数文件夹分装，1个的更快，

Draw Call多了会产生很多重复冗余的操作在cpu端，导致速度变慢

6.如何减少Draw Call

采用批处理技术

将多个需要同一种渲染状态的网格合并成一个

7.什么是固定渲染管线

固定函数的渲染管线，不可编程但可一定配置，目前已经out了

8.什么是Shader

1.即是GPU渲染中高度可编程的阶段，而由着色器编译出来的最终代码是会在GPU上运行的

2.有顶点着色器和片元着色器等（特定类型着色器）

3.能控制渲染细节（例如顶点着色顶点坐标变化，片元着色器进行逐像素的渲染）

相关术语中英文对照

更后续代码和ASE和shader forge连连看需要，先码一码

应用阶段：Applincation Stage 几何阶段：Geometry Stage 光栅化阶段: Rasterizer Stage

渲染图元：rendering primitives 顶点着色器：Vertex Shader 片元着色器：Fragment Shader

曲面细分着色器：Tessellation Shader 裁剪：Clipping 三角形设置：Triangle Setup

三角形遍历：Triangle Traversal 逐片元操作：Per-Fragment Operations 模板测试：Stencil Tset

深度缓冲：Z Buffer（一般Z都代表深度）

参考资料

强烈建议先看完参考资料，再看文章，自己写的目的就是为了内化知识，梳理框架，会精简很多（后续也是）

技术美术百人计划

庄懂的美术向课堂（AP01前半部分）

《Unity Shader入门精要》冯乐乐，第二章

RTR3提炼总结.PDF（毛大），第二章