第一章_基础_1.1渲染流水线

基础夯实

渲染流水线
- 渲染管线大致可以划分为:
  - 1.应用阶段：粗粒度剔除，进行渲染设置，准备基本数据，输出到几何阶段
  - 2.几何阶段：顶点着色器，曲面细分，几何着色器，顶点裁剪，屏幕映射
  - 3.光栅化阶段：三角形(点/线)设置，三角形(点/线)遍历，片元着色器
  - 4.逐片元操作：裁剪测试[Clip]，透明度测试[Alpha]，深度测试[Depth]，模板测试[Stencil]，混合[Blend]
```
Blend[_SrcBlend][_DstBlend]
ZWrite[_ZWrite]
Cull[_Cull]
```
  - 5.后处理
- 应用阶段：[CPU]
  - 1.准备基本的场景物体数据
    - 场景物体数据：
      物体变换矩阵：[MVP]
      网格顶点数据
      VertexBufferObject：[顶点数据UV坐标，切线，法线，模型空间坐标]
      glGenBuffers生成VBO，glBindBuffer绑定VBO
      VertexArrayObject：[绑定的VertexBufferObjectIndex,VertexBufferObject的attribute数组]
      glGenVertexArrays生成VAO，glBindVertexArray绑定VAO
      参考链接：https://blog.csdn.net/davidsu33/article/details/10060149
      贴图数据：[glTexImage2D读取贴图,glGenerateMipmap是否生成Mipmap，glTexParameteri贴图信息(Warp_S/T，MAG/MIN_FILTER)，glBindTexture绑定贴图]
    - 光源信息：
      - 光源类型：DirectionLight，PointLight，SpotLight
      - 光源数据:Direction，Position，Range,Inner/OuterSpotAngle,Color，Intensity，IntensityMultiplier。
      - CasterShadow：
        是否需要阴影，判断该光源可见范围是否有投射阴影的物体
        阴影参数：LightIndex，ShadowIntensity，CascadeIndex[CSM Cascaded Shadow Maps]，DepthOffset，
        NearPlaneOffset[Control NearPlane when rendering shadow map]
        ShadowType，RenderMode等解析光源如何渲染的参数
      - 逐光源绘制阴影贴图：
        设置Render参数[NearPlaneOffset,CascadeCount...]
        逐级联绘制：计算当前级联对应的ViewMatrix，ProjectionMatrix，ViewPort视口区域
    - 摄像机数据：
      Position，Direction，Near/FarClipPlane，Perspective/Orthographic，FieldOfView
    - 其他全局数据
      Global Illumination [GI]
  - 2.加速算法粗粒度剔除
    - 可见光裁剪，点光和聚光都有衰减，聚光光椎体区域与摄像机的视锥体不想交则可以剔除掉，不参与渲染。
    - 可见场景物体裁剪：八叉树，BSP树，K—D树，BVH
  - 3.设置渲染状态，准备渲染参数
    - 视口比例[glViewPort]
    - 绘制设置
      - 使用的shader，GPU instance，不同对象使用不同的合批方式[静态物体，动态物体]
    - 绘制顺序
      - 相对摄像机距离的顺序
      - RenderQueue
      - 使用UGUI时依据UICanvas的一些属性决定Render顺序
    - 渲染目标
      - [RenderTexture]
      - [FrameBuffer]
    - 渲染模式
      - 前向渲染
      - 延迟渲染
  - 4.调用DrawCall[glDrawElement]输出渲染图元到显存当中
    - 按照渲染设置和渲染模式把顶点数据和其他数据[矩阵/贴图/光照信息等]发送到GPU中处理
- 几何阶段:[GPU:GPU并行性较好]
  - 1.顶点着色
    - 视图变换，MVP矩阵运算
      [model=>world=>view=>projection=>NDC]
    - 顶点着色，传入着色数据到下一阶段
  - 2.可选顶点处理
    - 曲面细分 Tessellation Shade： Vertex->ConstantHS+hull->domain->Fragment
    - 几何着色器 Geometry Shader：从输入的图元生成更多的图元
  - 3.投影 Projection
    - 正交 Orthgraphic projection
    - 透视 Perspective projection
  - 4.裁剪 Clipping
    - CVV 视锥体剔除
    - 正面或背面剔除
      [ps：opengl:x,y∈[-1,1],z∈[0,1];D3D:x,y,z∈[-1,1];]
  - 5.屏幕映射[NDC=>Screen]
    - 从连续到离散
      - Opengl的屏幕空间原点在左下方,D3D在左上方
- 光栅化阶段:
  - 1.三角形设置 Triangle Setup
    - 计算图元边界信息
  - 2.三角形遍历 Triangle Traversal
    - 得到三角形的边界信息之后，遍历所有相关的像素，寻找被三角形网格覆盖的像素的过程叫做三角形遍历
  - 3.抗锯齿
    - SSAA 渲染到高分辨率的Buffer中后对Buffer进行采样
    - MSAA 多重采样，在一个像素点中设置多个采样点。
      采样点需要做覆盖测试和遮挡测试，如果测试都通过，则当前采样点的值取子采样点的值平均值
      覆盖测试：是测试子采样点是否在三角形之内
      遮挡测试：是子采样点的深度值跟DepthBuffer的作比较。
    - FXAA/TXAA[后处理技术不在这个阶段]
- 逐片元操作:
  对光栅化阶段得到的片元序列进行处理
  - 1.片元着色 Fragment Shader
    - 线性插值计算三角形内的一个片元的颜色
  - 2.颜色混合 Color Blending
    - Alpha Test
      透明度小于给定的Thersold则直接被Clip掉
    - Depth Buffer Test
      片元的深度值跟深度缓冲当中的深度值作比较，深度测试的方式是可以配置的
    - Stencil Test
      shader写入模板的mask值可以自己定义，跟模板测试的方式也同样可以配置
      同一个像素点对应多个片元时，需要做透明度测试，深度测试，模板测试，通过测试才保留
    - Blending
      通过测试的片元，混合
  - 3.输出到目标缓冲区
    - FrameBuffer
    - RenderTexture
- 后处理:
  - Bloom
  - HDR=>LDR Tone Mapping
  - FXAA
  - Depth of view
  - Edge detect
  - Radius Blur
数学基础
- 1.向量运算
- 2.矩阵运算
- 3.MVP矩阵推导
- 4.傅里叶变换
- 5.其他