★★ 什么是渲染管线

渲染管线（Rendering Pipeline）是计算机图形学中将 3D 场景转换为 2D 图像的过程。它是一系列步骤的集合，负责处理几何数据、光照、纹理等信息，最终生成屏幕上显示的图像。渲染管线是实时图形渲染（如游戏）和离线渲染（如电影特效）的核心。渲染管线的主要阶段：

• 应用阶段（Application Stage）：由 CPU 负责，处理与图形渲染相关的逻辑和数据准备。主要任务：
  • 处理用户输入（如键盘、鼠标）。
  • 更新场景状态（如物体位置、动画）。
  • 准备渲染数据（如模型、材质、光照信息）。
  • 调用图形 API（如 OpenGL、DirectX、Vulkan）将数据传递给 GPU。
• 几何阶段（Geometry Stage）：由 GPU 负责，处理几何数据的变换和计算。主要任务：
  • 顶点着色器（Vertex Shader）：处理每个顶点的位置、法线、纹理坐标等属性；将顶点从模型空间变换到世界空间、视图空间和裁剪空间。
  • 曲面细分（Tessellation）（可选）：细分几何表面，增加细节。
  • 几何着色器（Geometry Shader）（可选）：生成新的几何图元（如点、线、三角形）。
  • 裁剪（Clipping）：剔除不在视锥体（Frustum）内的图元。
  • 屏幕映射（Screen Mapping）：将裁剪空间中的顶点坐标映射到屏幕空间。
• 光栅化阶段（Rasterization Stage）：将几何图元（如三角形）转换为像素（片段）。主要任务：
  • 三角形设置（Triangle Setup）：计算三角形的边和内部像素。
  • 三角形遍历（Triangle Traversal）：确定哪些像素被三角形覆盖。
  • 片段着色器（Fragment Shader）：计算每个像素的颜色、深度、透明度等；处理光照、纹理、阴影等效果。
• 输出合并阶段（Output Merging Stage）：将片段着色器的输出与帧缓冲区（Frame Buffer）中的现有数据合并。主要任务：
  • 模板测试（Stencil Test）：根据模板缓冲区决定是否保留片段。
  • 深度测试（Depth Test）：丢弃被遮挡的片段。
  • 混合（Blending）：将当前片段的颜色与帧缓冲区中的颜色混合（如透明度效果）。
  • 写入帧缓冲区：将最终结果写入帧缓冲区，显示在屏幕上。