【Unity Shader】渲染管線

流程概述

應用程序階段

應用程序階段，使用高級編程語言(C、C++、JAVA 等)進行開發，主要和CPU、內存打交道，諸如碰撞檢測、場景圖建立、空間八叉樹更新、視錐裁剪等經典算法都在此階段執行。在該階段的末端，幾何體數據(頂點坐標、法向量、紋理坐標、紋理等)通過數據總線傳送到圖形硬件。

幾何階段

幾何階段，主要負責頂點坐標變換、光照、裁剪、投影以及屏幕映射，該階段基於GPU進行運算，在該階段的末端得到了經過變換和投影之后的頂點坐標、顏色、以及紋理坐標。
光照計算屬於幾何階段，因為光照計算涉及視點、光源和物體的世界坐標，所以通常放在世界坐標系中進行計算。

光柵階段

光柵階段，基於幾何階段的輸出數據，為像素(Pixel)正確配色，以便繪制完整圖像，該階段進行的都是單個像素的操作，每個像素的信息存儲在顏色緩沖器(color buffer 或者 frame buffer)中。

​霧化以及涉及物體透明度的計算屬於光柵化階段，因為上述兩種計算都需要深度值信息(Z 值)，而深度值是在幾何階段中計算，並傳遞到光柵階段的。

從幾何階段到光柵化階段：

1. 幾何階段：變換三維頂點坐標和光照計算

   1. 將模型空間坐標（object space coordinate）通過四階矩陣變換矩陣（world matrix）轉換為世界空間坐標（ world space coordinate ）。

      • 進行光照計算。
      • 將模型空間下的頂點法向量轉換為世界空間下的，所用的轉換矩陣為world matrix的轉置矩陣的逆矩陣。

   2. 將物體頂點坐標從世界空間（world space）轉換到觀察空間下（eye space）。

   3. 將頂點坐標從觀察空間下轉換到裁剪空間下（project and clip space）。

      • 投影：用透視變換矩陣把頂點從視錐體（viewing frustum）中變換到裁剪空間的規范立方體（CVV）中。
      • 圖元裝配（Primitive Assembly）：將頂點根據原始的連接關系還原出網格結構。
      • 裁剪：在CVV中將位於視體外的場景數據去除。

   4. 將得到的完全位於視體中的場景數據映射到屏幕坐標系上。

2. 光柵化階段：決定哪些像素被集合圖元覆蓋。

   1. 將頂點以及繪制圖元對應到像素。

   2. Pixel Operation

      • 消除遮擋面。
      • 紋理操作（Texture operation）：根據像素的紋理坐標，查詢對應的紋理值。
      • 混色（Blending）：根據目前已經畫好的顏色，與正在計算的顏色的透明度(Alpha)，混合為兩種顏色，作為新的顏色輸出。
      • 濾波（Filtering）：將正在算的顏色通過某種濾波后輸出。