摘自gpu编程之阳春白雪与下里巴人。
在实时计算机图形学一书中，将图形绘制管线分为三个主要阶段，应用程序阶段，几何阶段，光栅阶段。
应用程序阶段，使用高级编程语言进行开发，主要和cpu内存打交道。诸如碰撞检测，场景图建立。空间八叉数更新。
视锥裁剪等经典算法都在此阶段执行。在该阶段的末端。几何体数据
几何体数据（顶点坐标、法向量、
纹理坐标、纹理等）通过数据总线传送到图形硬件（时间瓶颈） ；数据总线是一
个可以共享的通道，用于在多个设备之间传送数据；端口是在两个设备之间传送
数据的通道；带宽用来描述端口或者总线上的吞吐量，可以用每秒字节（b/s）
来度量，数据总线和端口（如加速图形端口，Accelerated Graphic Port,AGP）将
不同的功能模块“粘接”在一起。由于端口和数据总线均具有数据传输能力，因此
通常也将端口认为是数据总线（实时计算机图形学387 页） 。
几何阶段，主要负责顶点坐标变换、光照、裁剪、投影以及屏幕映射（实时
计算机图形学 234 页） ，该阶段基于 GPU进行运算，在该阶段的末端得到了经过
变换和投影之后的顶点坐标、颜色、以及纹理坐标（实时计算机图形学10 页） 。
光栅阶段，基于几何阶段的输出数据，为像素（Pixel）正确配色，以便绘制
完整图像，该阶段进行的都是单个像素的操作，每个像素的信息存储在颜色缓冲
器（color buffer 或者 frame buffer）中。
值得注意的是：光照计算属于几何阶段，因为光照计算涉及视点、光源和物
体的世界坐标，所以通常放在世界坐标系中进行计算；而雾化以及涉及物体透明
度的计算属于光栅化阶段，因为上述两种计算都需要深度值信息（Z值） ，而深 22
度值是在几何阶段中计算，并传递到光栅阶段的。
下面具体阐述从几何阶段到光栅化阶段的详细流程。
2.1 几何阶段
几何阶段的主要工作是“变换三维顶点坐标”和“光照计算”，显卡信息中通常
会有一个标示为“T&L”硬件部分，所谓“T&L”即 Transform & Lighting。那么为什
么要对三维顶点进行坐标空间变换？或者说， 对三维顶点进行坐标空间变换有什
么用？为了解释这个问题，我先引用一段文献【3】中的一段叙述：
Because, your application supplies the geometric data as a collection of vertices,
but the resulting image typically represents what an observer or camera would see
from a particular vantage point.
As the geometric data flows through the pipeline, the GPU’s vertex processor
transforms the continuant vertices into one or more different coordinate system, each
of which serves a particular purpose. CG vertex programs provide a way for you to
program these transformations yourself.
上述英文意思是：输入到计算机中的是一系列三维坐标点，但是我们最终需
要看到的是，从视点出发观察到的特定点（这句话可以这样理解，三维坐标点，
要使之显示在二维的屏幕上） 。一般情况下，GPU帮我们自动完成了这个转换。
基于 GPU 的顶点程序为开发人员提供了控制顶点坐标空间转换的方法。
一定要牢记，显示屏是二维的，GPU所需要做的是将三维的数据，绘制到
二维屏幕上，并到达“跃然纸面”的效果。顶点变换中的每个过程都是为了这个目
的而存在， 为了让二维的画面看起具有三维立体感， 为了让二维的画面看起来“跃
然纸面”。
根据顶点坐标变换的先后顺序， 主要有如下几个坐标空间， 或者说坐标类型：
Object space，模型坐标空间；World space，世界坐标系空间；Eye space，观察坐
标空间；Clip and Project space，屏幕坐标空间。图 3 表述了 GPU的整个处理流
程，其中茶色区域所展示的就是顶点坐标空间的变换流程。大家从中只需得到一
个大概的流程顺序即可，下面将详细阐述空间变换的每个独立阶段。 23
图 3 GPU处理流程
