【Unity Shader】渲染管线

流程概述

应用程序阶段

应用程序阶段，使用高级编程语言(C、C++、JAVA 等)进行开发，主要和CPU、内存打交道，诸如碰撞检测、场景图建立、空间八叉树更新、视锥裁剪等经典算法都在此阶段执行。在该阶段的末端，几何体数据(顶点坐标、法向量、纹理坐标、纹理等)通过数据总线传送到图形硬件。

几何阶段

几何阶段，主要负责顶点坐标变换、光照、裁剪、投影以及屏幕映射，该阶段基于GPU进行运算，在该阶段的末端得到了经过变换和投影之后的顶点坐标、颜色、以及纹理坐标。
光照计算属于几何阶段，因为光照计算涉及视点、光源和物体的世界坐标，所以通常放在世界坐标系中进行计算。

光栅阶段

光栅阶段，基于几何阶段的输出数据，为像素(Pixel)正确配色，以便绘制完整图像，该阶段进行的都是单个像素的操作，每个像素的信息存储在颜色缓冲器(color buffer 或者 frame buffer)中。

​雾化以及涉及物体透明度的计算属于光栅化阶段，因为上述两种计算都需要深度值信息(Z 值)，而深度值是在几何阶段中计算，并传递到光栅阶段的。

从几何阶段到光栅化阶段：

1. 几何阶段：变换三维顶点坐标和光照计算

   1. 将模型空间坐标（object space coordinate）通过四阶矩阵变换矩阵（world matrix）转换为世界空间坐标（ world space coordinate ）。

      • 进行光照计算。
      • 将模型空间下的顶点法向量转换为世界空间下的，所用的转换矩阵为world matrix的转置矩阵的逆矩阵。

   2. 将物体顶点坐标从世界空间（world space）转换到观察空间下（eye space）。

   3. 将顶点坐标从观察空间下转换到裁剪空间下（project and clip space）。

      • 投影：用透视变换矩阵把顶点从视锥体（viewing frustum）中变换到裁剪空间的规范立方体（CVV）中。
      • 图元装配（Primitive Assembly）：将顶点根据原始的连接关系还原出网格结构。
      • 裁剪：在CVV中将位于视体外的场景数据去除。

   4. 将得到的完全位于视体中的场景数据映射到屏幕坐标系上。

2. 光栅化阶段：决定哪些像素被集合图元覆盖。

   1. 将顶点以及绘制图元对应到像素。

   2. Pixel Operation

      • 消除遮挡面。
      • 纹理操作（Texture operation）：根据像素的纹理坐标，查询对应的纹理值。
      • 混色（Blending）：根据目前已经画好的颜色，与正在计算的颜色的透明度(Alpha)，混合为两种颜色，作为新的颜色输出。
      • 滤波（Filtering）：将正在算的颜色通过某种滤波后输出。