渲染管线综述

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图形渲染管线是实时渲染的核心组件，用于通过给定虚拟相机、3D场景物体以及光源等元素，生成并显示在屏幕上的2D图像。

渲染管线如流水线一般，每个阶段的输出作为下个阶段的输入。操作者（如渲染人员或游戏玩家）在应用阶段设置，底层由CPU负责。

粗粒度剔除阶段包括视锥体剔除和遮挡剔除，前者禁用相机视野外的对象渲染，后者在对象被其他物体遮挡时禁用渲染，避免无效计算。

CPU与GPU在设计结构上不同，CPU负责复杂计算，而GPU则擅长执行大量简单计算任务。GPU通过大量计算单元完成大量计算，适用于没有依赖性任务的场景，如图形渲染。

数据从硬盘加载到内存，再从内存加载到显存。设置渲染状态后，CPU通过调用draw call命令将数据传递给GPU。

GPU执行draw call命令，根据预设的渲染状态和输入顶点数据生成图像。draw call控制渲染过程，是优化关键。

CPU将数据准备后交由GPU处理。在GPU阶段，开发者失去完全控制权，但技术发展允许开发者自定义GPU渲染方式。

几何阶段处理顶点数据，通过顶点着色器进行坐标变换，变换至屏幕坐标显示。曲面细分着色器可选，用于增加物体表面的三角面数量。

投影阶段将空间转换到裁剪空间，为后续投射做准备。裁剪阶段移除不在视锥体内的图元，减少无效计算。

背面剔除减少片元渲染，通常在生成片元前执行。NDC坐标空间通过视口变换映射到屏幕坐标。

光栅化阶段将图元组装为三角形，并遍历像素生成片元。片元着色器计算颜色，涉及广泛渲染理论。

逐片元操作阶段包括合并与输出，执行裁剪、透明度、模板与深度测试。透明物体需遵循画家算法从远到近渲染。

最终，通过合并输出，屏幕显示颜色缓冲区的颜色值。后处理阶段在显示到屏幕前应用全屏滤镜和效果，改善视觉效果。

Unity Shader/Unreal ShaderGraph相比传统Shader，更易于操作人员学习与操作，但设计到底层更改和优化相对困难。Unreal ShaderGraph封装程度更高，优化难度更大。