Unity Shader入门精要读书笔记第一篇

渲染流水线

计算机需要从一系列的顶点数据，纹理等信息出发，将这些信息最终转换成一张人眼可以看到的图像。

这一渲染过程分成三个阶段：

1. 应用阶段 ：由开发者主导的阶段。例如，开发者使用了哪些数据，模型，光源等。通常在CPU负责实现。

2. 几何阶段： 处理所有和我们要绘制的几何相关的事情。例如，决定绘制的图元是什么，怎么绘制，在哪绘制等。通常在GPU上进行。

3：光栅化阶段：使用上一阶段传递的数据来产生屏幕上的像素，并渲染出最终的图像。在GPU上进行，主要任务是决定每个渲染图元中的哪些像素应该被绘制在屏幕中。

CPU和GPU之间的通信

1. 将数据加载到显存

     所有的渲染所需的数据都需要从硬盘中加载到系统内存，然后，网格和纹理等数据又被加载到显卡上的存储空间———显存。

2. 设置渲染状态

    通俗的解释，这些状态定义了场景中的网格怎么被渲染，例如使用了那个顶点着色器/片元着色器，材质等。如果不变更渲染状态，所有的网格都使用同一种渲染状态。

3  调用Draw Call

    Draw Call 其实就是一个CPU发起，GPU接收的一个命令。这个命令仅仅会指向一个需要被渲染的图元列表。当给定一个Draw Call是，GPU就会根据渲染状态和所有输入的顶点数据来计算。最终输出成屏幕上显示的像素。

GUP流水线

调用Draw Call命令GPU进行渲染的过程就是GUP流水线。

以下为渲染顺序流程：

顶点数据——》顶点着色器——>曲面细分着色器——》 几何着色器 ——》裁剪——》 屏幕映射——》三角形设置——》 三角形遍历——》 片元着色器——》 逐片元操作——

——》屏幕图像

（红色标记为几何阶段中分成的更小的流水线，绿色为光栅化阶段中分成的更小的流水线）。顶点数据的输入也就是之前小节《CPU和GPU之间的通信》的过程。

主要流水线阶段解释：

顶点着色器

是完全可编程的，用于实现顶点的空间转换，顶点着色等功能。

主要工作：坐标变换和逐顶点光照。

裁剪

就是不在摄像机视野范围的物体不需要被处理。（不可编程）

屏幕映射

把每个图元的x和y坐标转换的屏幕坐标系下（二维坐标系）

三角形设置（开始进入光栅化）

计算光栅化一个三角形网格所欲的信息。（具体来说，上一阶段得到的是三角网格每条边的两个端点，要得到整个三角形的像素覆盖情况，必须计算每条边上的像素坐标）

三角形遍历

根据上一个阶段计算结果判断一个三角形网格覆盖了哪些像素，被覆盖的话就生成一个片元。

片元着色器

非常重要的可编程着色器阶段，用于实现逐片元的着色操作

逐片元操作

主要任务：

决定每个片元的可见性。（设计很多测试工作）

如果通过了测试，就需要将这个片元的颜色和已经存储的颜色合并。

逐片元操作时可以配置的，我们可以配置每一步的操作细节。

困惑解答：

1. 什么是OpenGL/DirectX?

2 什么是HLSL, GLSL, CG?

3 什么是Draw Call?

4 为什么Draw Call 多了会影响帧率？

   每次调用Draw CallDraw Call之前，CPU会向GPU发送很多内容，包括数据，状态和命令等，这一阶段CPU要完成很多的工作。

 Draw Call 过多会浪费CPU大量的时间，造成过载。

5如何减少Draw Call？

   这里仅讨论批处理。

  优化的想法其实就是将很多小的Draw Call合并成一个打的Draw Call，这就是批处理思想。需要注意的是，由于我们需要在CPU的内存中合并网格，

而合并的过程是需要消耗时间的，因此批处理技术更加适合静态的物体。

什么是固定管线渲染

最后，明白什么是shader了吗？

shader所在的阶段就是渲染流水线的一部分，具体来说，shader就是：

---  GPU流水线上一些课高度编程的阶段，而由着色器编译出来的最终代码是会在GPU上运行的。

---  有一些特定类型的着色器，如顶点着色器，片元着色器等。

---  依靠着色器我们可以控制流水线中的渲染细节，例如用顶点着色器来进行顶点变换已经传递数据，用片元着色器来进行逐像素的渲染。