渲染流水线总览

2022-09-15 00:00:48 阅读：276 来源： 互联网

1.Color Basics

计算机以红绿蓝三色光的强度表示颜色，alpha分量则是表示颜色的不透明度，如此以4D分量(r,g,b,a)表示颜色，每个分量的范围都在0~1，0表示没有强度，1表示最高强度

颜色通常可以表示成32位整数和128位实数，32位颜色常用于存储，128位则用于计算。把32位颜色的各个分量分别除以255即可转为范围为[0,1]的128位颜色,即为归一化。因为在计算机领域，由于计算机只能存储有限的小数位数，实数经常用浮点数来表示

typedef __m128 XMVECTOR;
//__m128为128位.union特点：共用体表示几个变量共用一个内存位置，在不同的时间保存不同的数据类型和不同长度的变量。在union中，所有的共用体成员共用一个空间，并且同一时间只能储存其中一个成员变量的值。当一个共用体被声明时, 编译程序自动地产生一个变量, 其长度为联合中最大的变量长度的整数倍。
//__declspec(align(16))是设定内存对齐方式
typedef union __declspec(intrin_type) __declspec(align(16)) __m128 {
     float               m128_f32[4];
     unsigned __int64    m128_u64[2];
     __int8              m128_i8[16];
     __int16             m128_i16[8];
     __int32             m128_i32[4];
     __int64             m128_i64[2];
     unsigned __int8     m128_u8[16];
     unsigned __int16    m128_u16[8];
     unsigned __int32    m128_u32[4];
 } __m128;

我们常常用XMVECTOR借助SIMD技术进行高精度的颜色值计算，而颜色的存储则以XMCOLOR存储

获取 XMCOLOR类型实例并返回其对应XMVECTOR类型值:

XMVECTOR XM_CALLCONV PackedVector::XMLoadColor(
	const XMCOLOR* pSource)；
    
//XMVECTOR转换为XMCOLOR
void XM_CALLCONV PackedVector::XMStorColor(
	XMCOLOR* pDestination,
	FXMVECTOR V);

点积叉积的运算法则并不适用于颜色向量，而其拥有自己的分量式乘法：
$$
(c_r,c_g,c_b) \bigotimes (k_r,k_g,k_b) = (c_rk_r,c_gk_g,c_bk_b)
$$

2.Graphics Pipeline

渲染管线主要是决定在给定虚拟相机、三维物体、光源、照明模式，以及纹理等诸多条件的情况下，生成或绘制一幅二维图像的过程
而渲染管线主要可分为三个阶段：
- 应用程序阶段
- 几何阶段
- 光栅化阶段
每个阶段本身也可能是一条管线。还可以对有的阶段进行全部或者部分的并行化处理
最慢的管线阶段决定绘制速度，即图像的更新速度，用FPS来表示
- 输入装配器阶段：从显存读取几何数据，再将此装配为几何图元
- 顶点着色器阶段：顶点需要执行的变换、位移贴图、光照处理
- 外壳着色器阶段：将模型的单个表面分解为许多三角形
- 曲面细分阶段：增加和移动物体表面的三角形
- 域着色器阶段：基于外壳着色器 (HS) 阶段和细化器 (TS) 阶段中的输入，输出修补程序中细分点的顶点位置
- 几何着色器阶段：处理整个基元
- 流输出阶段：将管道中的基元数据沿着到光栅器的路线流到内存中
- 光栅化阶段：为投影至屏幕上的3D三角形计算出对应的像素颜色
- 像素着色器阶段：将常变量、纹理数据、内插的每顶点值和其他数据组合起来以生成每像素输出
- 输出合并阶段：使用管道状态的组合、像素着色器生成的像素数据、呈现目标的内容以及深度/模具缓冲区的内容的组合生成最终呈现的像素颜色

3.Transformation

三角形是最基础的多边形，任何物体都可以用三角形网格表示。三个顶点确定一个三角形，而顶点除了定义每个顶点的坐标位置以外，还含有颜色等其他信息
通过顶点缓冲区将顶点与渲染管线相绑定
图元（geometric primitive）：如线条和三角形这种构成多边形的基本元素
图元拓扑：告知Direct3D如何用顶点数据表示几何图元.。用enum D3D_PRIMITIVE_TOPOLOGY表示
具有邻接数据的图元拓扑：每个n边形都有n个与之相邻的邻接n边形
MVP矩阵：
- Model transformation (placing objects)
  
  世界坐标系下有很多Object，用一个变化矩阵把它们的顶点坐标从Local坐标系（相对）转换到世界Global坐标系（绝对）
- View transformation (placing camera)
  
  我们看到的画面由摄像机捕捉，摄像机参数决定了我们在屏幕上看到的东西，这一步可以将世界坐标系转换到摄像机坐标系
- Projection transformation
  
  摄像机坐标系，视锥体，再规整一下
世界空间的y轴方向与虚拟摄像机“向上”向量的方向相同
只要给定摄像机的位置、观察目标点和世界空间中“向上”方向的向量，就能构建对应的局部坐标系并推导出观察矩阵
Viewing (观测) transformation
- View (视图) / Camera transformation
- Projection (投影) transformation
  - Orthographic projection (cuboid to “canonical” cube [-1, 1]^3)
  - Perspective projection (frustum to “canonical” cube)
    - First “squish” the frustum into a cuboid
    - Then Do orthographic projection
正射投影矩阵定义了一个类似立方体的平截头箱，它定义了一个裁剪空间，在这空间之外的顶点都会被裁剪掉，投影完没有透视效果。创建一个正射投影矩阵需要指定可见平截头体的宽、高和长度
透视投影：把透视投影变成正射投影，再用之前正射投影的办法得到标准化设备坐标
裁剪：丢弃完全位于视锥体之外的集合体。方法：找到平面与多边形的所有交点，并将这些顶点按顺序组织成新的裁剪多边形

标签：__,颜色,渲染,m128,阶段,顶点,流水线,总览,着色器
来源： https://www.cnblogs.com/chenglixue/p/16695078.html

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