Real Time Rendering 2.1 Architecture (体系结构)

2.1 体系结构

    在物理上，管道的概念千差万别，从工厂组装生产线到滑雪升降机。它也应用于图形渲染。

    管道包含几个阶段[541]。在一个石油管道中，如果第二段中的石油没有移动到第三段，则第一段中的石油就无法移动到第二段。这表示，管道的速度由最慢的那个阶段决定，而无论其他阶段有多快。

    理想情况下，被分割为n个管道阶段的非管道系统会有一个速度提升因子n。这种性能上的增加是使用管道的主要原因。比如，仅有一个椅子的滑雪缆车是效率低下的，增加椅子能够有一个按比例的加速。管道阶段并行执行，但它们会等待直至最慢的阶段完成。例如，在汽车生产线的方向盘装配阶段，需要三分钟，而其他阶段需要两分钟，那么，能够达到的最好速率是每三分钟制造一辆汽车；其他阶段必须空闲一分钟以等待方向盘装配完毕。对这个特别的管道来说，方向盘装配阶段是瓶颈，因为它决定整个产品的速度。

    这种类型的管道构造也用于实时计算机图形环境。实时渲染管道粗略分为三个概念上的阶段：应用、几何形状和光栅化，如图2.2所示。该结构是核心－－渲染管道的引擎－－用于实时计算机图形应用，是后续章节进行讨论的根本。这些阶段中的每个，在其自身内部，通常也是一个管道；这意味着，它们各自有几个子阶段组成。我们要区分概念阶段（应用、几何形状和光栅化）、功能阶段和管道阶段。功能阶段需要执行一个确定的任务，但不会指定执行任务的方式。而管道阶段会被同时执行；为实现高性能需求，可能会被并行执行。比如，几何形状阶段可以分成5个功能阶段，但是，具体要如何分割管道阶段，则由图形系统的实现决定。一个给定的实现可能组合了两个功能阶段为一个，然而，出于更多的时间考虑，又分割了另一个功能阶段为好几个管道阶段，甚至是并行执行它。

图 2.2 渲染管道的基本构成，有三个阶段：应用、几何形状和光栅化。这些阶段中的每个，在其自身内部，可能也是一个管道，如几何形状阶段下方所示；或者是一个可被（部分）并行执行的阶段，如光栅化阶段下方所示。本图中，应用阶段是一个单独的过程，但该阶段也可以被管道化或并发化