Pipeline——GPU Graphic Pipeline(图形管线)

2020/09/13

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所谓管线就是一个流程,针对硬件来说,处理一个图元有一个硬件渲染流程Graphic Pipeline(图形管线);Graphic Pipeline位于非常低级的渲染层次,是渲染一个物体必走的渲染流程;

GPU Graphic Pipeline

具体的管线流程要看实际的硬件驱动,Direct3D每一个版本都有很大的改动,这里以Direct3D11为例进行介绍;具体的文章参考可以看这里:Direct3D 11 Graphics PipelineDirect3D 12 Graphics Pipeline

Input-Assembler Stage(图元装配阶段)

这一阶段主要进行图元的装配,先从用户填充的缓冲中读取数据,然后将数据装配成图元;此阶段可装配成不同的图元类型(如 line lists, triangle strips, or primitives with adjacency)

Vertex Shader Stage(顶点着色阶段)

一个可编程shader阶段,此阶段主要处理IA阶段输入的顶点,执行每顶点的处理(如变换、蒙皮、变形,顶点光照等);VS阶段总是处理单一顶点,并输出单一顶点;VS阶段必须处于激活状态,VS必须提供;

Tessellation Stages(细分阶段)

该阶段实际上有三个小阶段来完成图元的细分;通过硬件实现细分,GPU Graphic Pipeline能将低细节的模型转换为高细节模型进行渲染;

Hull-Shader Stage(壳着色阶段)

一个可编程shader阶段,用来生成一个patch(和patch constants),每个patch对应一个输入的patch(quad, triangle, or line);有点像一个基本的图元类型;

Tessellator Stage

一个固定处理阶段,用来生成简单格式的域,一个域代表一个geometry patch并用来生成更小物体的集合(triangles, points, or lines),通过连接domain sample来实现;

Domain-Shader Stage(域着色阶段)

一个可编程shader阶段,用来计算每个domain sample的顶点的位置,

Geometry Shader Stage(几何着色阶段)

一个可编程shader阶段,该阶段同样以顶点作为输入,以顶点作为输出;但与VS有很大不同;

  1. 输入顶点数不一定为一,输入顶点数刚好可以可组成一完整图元(two vertices for lines, three vertices for triangles, or single vertex for point);并且可以携带邻接的图元顶点数据(an additional two vertices for a line, an additional three for a triangle);
  2. 输出顶点数不一定为一,输出的顶点数目可以形成特定的拓扑结构即可,输出的拓扑结构可选(GS stage output topologies available are: tristrip, linestrip, and pointlist);

Stream-Output Stage(流输出阶段)

该阶段的目的在于能够从不断的GS阶段输出顶点数据,至一个或多个缓存中;

Rasterizer Stage(光栅化阶段)

此阶段,将每个图元光栅化为像素,通过顶点差值来计算像素信息;光栅化过程总是运行顶点裁剪,透视除法,将顶点转换为齐次裁剪空间,然后将顶点映射到视口上;

Pixel Shader Stage(像素着色器阶段)

一个可编程shader阶段,该阶段能够使用更加丰富的着色技术(每像素光照,后处理效果);该阶段能够将常量,纹理数据,顶点差值数据以及其他数据进行计算,从而产生像素的输出;

Output-Merger Stage(输出合并阶段)

该阶段生成最终的像素颜色,通过管线状态的整合,即:PS阶段生成的数据,如render target、depth/stencil buffer;OM阶段是用来决定可见颜色的最后一步,并且会Blend最终的像素颜色;