Cocos2d-x 3.x 图形学渲染系列二

笔者介绍：姜雪伟，IT公司技术合伙人，IT高级讲师，CSDN社区专家，特邀编辑，畅销书作者，国家专利发明人，已出版书籍：《手把手教你架构3D游戏引擎》电子工业出版社 和《Unity3D实战核心技术详解》电子工业出版社 等。

现今，可编程流水线已经深深的在3D引擎上打下了烙印，目前市面上大部分3D引擎都是基于可编程流水线开发的，也就是用GPU编程开发。提到可编程流水线，就不得不提固定流水线，其实它们的目的是一样的，就是把游戏虚拟场景在屏幕上显示出来，只是它们中间的处理过程是不同的，固定流水线通过名字可以看出它是按照固定的流程绘制出物体的，详情可查看笔者已出版的书籍《手把手教你架构3D游戏引擎》电子工业出版社，在书里有对固定流水线的详细讲解，以及用固定流水线实现了一个比较弱小的3D游戏引擎。本章重点介绍的是可编程流水线，通过字面意思知道它是“可变”的流水线，意味着它的矩阵计算并不是在CPU中计算得到的而是通过GPU编程多线程实现的。下面结合着可编程流水线流程图，给读者介绍一下可编程流水线的原理，可编程流水线流程图如下1-1所示：

                                                                                                                                                图1-1可编程流水线流程图

     在图1-1中，茶壶模型是美术利用MAX工具建的模型，将模型的顶点传输到GPU中的顶点着色器中，进行矩阵变换，并且通过光栅化插值操作，将计算的结果传输到片段着色器中绘制，最终将其输出到手机屏幕上，这整个流程就是可编程流水线。关于矩阵的变换操作都是在顶点着色器中进行，为了帮助读者更好的理解可编程流水线，把固定流水线流程图给读者展示如1-2所示：

                                                                                                                    图1-2固定流水线

 

                  该图展示的是固定流水线，之所以成为固定，是因为模型在屏幕上显示的过程必须要经历这些固定的操作步骤，可变流水线就是把矩阵的换算放到GPU中进行了，从而把CPU解放出来，从而优化了运算效率。固定流水线可以参考笔者的极客头条－游戏核心之固定流水线算法。

GPU（英文全称：Graphics Processing Unit）是嵌入在显卡的芯片处理器，是专门用于处理顶点着色器和片段着色器的，关于顶点着色器和片段着色器会在后面章节中讲解。以前电脑显卡没有GPU芯片时，大部分游戏都是基于2D游戏或者是像素游戏开发的，效果可想而知，随着硬件的飞速发展，显卡具有了自己的芯片处理器GPU，3D游戏引擎强大的渲染功能也随之发展起来，3D游戏中各种绚丽多彩的效果都是通过GPU编程实现出来的。比如玩家常说的次世代网络游戏渲染效果，充分利用了GPU的渲染功能，它非常适合对游戏的模型材质渲染和游戏的场景渲染，游戏场景的渲染是被称为后处理，这些效果包括：Bloom效果、Blur效果、SSAO效果、PSSM效果、HDR效果等。

     不论在PC端还是在移动端，都可以利用GPU编程渲染出好的效果，引擎中最能体现GPU强大功能的渲染效果，比如海水的反射、折射、高光效果，笔者在自己研发的项目中已实现过如图1-3所示。

既然本书是讲Cocos2D-x引擎的渲染，下面是笔者利用Cocos2D-x引擎中的3D渲染模块实现的模型材质渲染，模型的材质含有高光、法线、反射效果，如图1-4所示。

另外，利用Cocos2D-x引擎中的3D模块实现的高光、法线、环境映射效果如图1-5所示。

无论是利用商业还是开源3D游戏引擎，通过GPU编程都可以实现出比较绚丽的效果。GPU的渲染功能还是非常强大的，图1-4和图1-5实现的Shader渲染效果都会在后面章节中给读者介绍。