【游戏开发基础知识】渲染篇

什么是渲染管线？如何绘制3D物体？#

https://www.bilibili.com/video/BV1qY4y1V79z/?spm_id_from=333.788&vd_source=61ce3b4e97cb6ce7f80ca3f58607b5fb
【DrawCall的理解】：https://blog.csdn.net/u011550097/article/details/89578661

1、前期CPU需要为GPU准备的东西#

比如一个正方体的3D模型，都是点组成 Vertex Buffer(顶点缓存)

Index Buffer，根据点的下标绘制三角形

摄像机的数据：位置，方向，FOV，

摄像机不能看的无限远和非常近：近平面（NearClipPlane），远平面（FarClipPlane）裁切、被裁切下来的地方：视锥（Frustum）

灯光数据：方向、颜色、强度等参数

材质球：Shader

准备好数据后交给GPU

2、GPU处理#

顶点处理、顶点着色器 ：把顶点装换到我们的裁切空间（Clip Space）；将模型的顶点变换到世界空间（World Space）、摄像机空间(View Space)、裁切空间(Clip Space)

连接三角形，把三角形投影到我们的屏幕上

光栅化：把三角形变成屏幕上对应的像素，遍历完所有的像素后

像素着色器：可以根据灯光做出明暗变化的效果、根据贴图坐标采样贴图

后处理

补充一个知识点：什么是DrawCall？
转载：DrawCall，顾名思义为绘制发起，也就意味着有发起方和接收方，发起方是CPU，接收方是GPU，也就是DrawCall是CPU给GPU发起的一个命令，并且这个命令仅仅指向一个需要被渲染的图元列表。

当给定一个DrawCall时，GPU就会根据渲染状态（如材质、纹理、着色器等）和所有输入的顶点数据进行计算，最终输出成屏幕上显示的像素，这个过程称为渲染流水线（渲染管线）

渲染管线分为几何阶段和光栅化阶段，整个流程就是把顶点数据转换成屏幕数据；

GPU的渲染流水线接收顶点数据作为输入，这些顶点数据是由应用阶段加载到显存中，再由DrawCall指定的，随后传递给顶点着色器，顶点着色器（vertex shader）是完全可编程的，通常用于实现顶点的空间变换、顶点着色等功能；

DrawCall还有可认为是CPU调用图像编程接口，如OpenGL的glDrawElements命令或者是DX的DrawIndexedPrimitive命令；

CPU和GPU是通过命令缓冲区来实现并行工作，命令缓冲区存放CPU的命令，GPU从其中取出命令执行；DrawCall就是CPU提交到命令缓冲区的命令之一，DrawCall越多，CPU提交次数越多，跟读取文件一样，次数太多就导致CPU耗费大量时间提交，造成CPU过载，所以有个结论是DrawCall中造成性能问题的元凶是CPU，而非GPU；

通用做法减少DrawCall的方法之一：将静态物体的网格合并，多个小的DrawCall合并成一个大的Draw Call，但是运动的物体不太适合合并网格处理，空间和时间会有影响；

在开发过程中尽可能避免使用大量很小的网格；避免使用过多的材质，尽量在不同的网格之间共用一个材质。****

什么是Shader#

Shader是一堆代码，决定计算机如何渲染我们的模型，跟所有的编译型语言一样，都是要先编译成一个二进制的文件，才能被计算机使用

Shader的语言统称着色器语言（ShaderLanguage）

两种风格：PBR基于物理的渲染、ToonShading风格化渲染

法线贴图Normal Map#

概念#

笔记:法线的本质是xyz三轴向量，只是为了可读性，借用了RGB的外皮。相较于静态贴图，法线贴图的优势在于可以与光影产生互动。通过法线贴图，相当于把一个复杂模型平面化了，用贴图替换模型演算，减少计算量。

对颜色做一个简单的映射，坐标轴中X * 0.5 + 0.5就可以表示颜色的RGB了

把法线信息变成颜色，然后把模型凸起的部分给弄回去，这时候模型的法线都是全部朝上的效果，但是我们这个时候不用模型表面的朝向了，而是用模型表面的颜色来跟灯光进行计算，颜色的三个通道，刚好能表示xyz，所以也能表示模型表面的朝向，即使我们现在的模型是一个平面，但是还是能有光影效果，并且随着灯光的转动，也会有一定的立体感

tip：透视效果就需要置换贴图了

法线贴图的存放#

把法线朝向的信息变成颜色，想办法变成一张贴图，把这些原始的信息映射到0~1，而这个贴图也就是法线贴图

法线贴图根据API有所不同：G也就是绿通道是相反的，OpenG跟DirectX它们期望的第一个像素有所不同

其实我们真正看到的法线贴图的颜色，饱和度会更高一点，这是因为色彩空间的关系