什么是渲染管道，怎么绘制3D物体

模型数据准备好后，我们还得知道玩家在哪个方向看我们的模型，也就是我们的摄像机，摄像机除了位置和方向还有设置它能看到的范围，也就是FOV（field of view）。因为摄像机不能看得无限远也不能看得无限近，所以还会设置近平面（NearClipPlane）跟远平面（FarClipPlane），根据这个两个面裁切下来的叫视锥（Frustum）。

灯光数据

为了我们的3D模型有光影效果，我们还得为场景添加一个光线，光线有太阳光（平行光）、点光源、聚光灯、区域光。不同的光线有不同的参数数据，比如方向、颜色、强度等参数。我们可以统称为灯光数据。

材质球

我们希望我们的3D模型不要很单调，所以我们准备好一个材质球赋给我们的3D模型，让模型有不同的效果，比如金属、木头、石头等等。材质球是让大家更好理解的一个概念，在CPU中，其实就是Shader（着色器），它是一段代码告诉GPU要如何去渲染我们的模型。除了这些代码还不够，因为Shader还要引用某些贴图，有各种需要调整的参数。这些数据就构成材质球的这么一个概念。shader是材质球的核心。

GPU中做的事情

当准备好这些内容之后呢，CPU就可以对GPU发号施令，说：“按照我们给你的这些数据，帮我把它画出来”。GPU接到数据后就会经过一连串的处理，把最终输出结果绘制到屏幕上面，这个一连串的处理就是渲染管线（RederingPipecacline）。这就是渲染管线的具体流程：

其中标箭头的阶段是可以进行编程修改的，这些阶段就是shader发挥作用的地方。

Vertex Shader（顶点着色器）

第一步就是我们的顶点处理或者叫顶点着色器（Vertex Shader），这里会用到之前CPU给我们准备的模型顶点数据。在这一步我们对顶点的位置和其他属性做一些额外的处理，比如常见的顶点动画，但最主要的还是把这些顶点变换到我们的裁切空间（Clip Space）上面，这里需要了解矩阵变换，这里会用到多个矩阵和视锥，将模型的顶点变换到世界空间（World Space）然后再变换到摄像机空间（View Space），最后把它变到裁剪空间（Clip Space）。

Triangle Processing（遍历三角面)

有了裁切空间，我们就可以把顶点投影到我们的屏幕上面（Screen Space），就像是一个3D的东西拍平成一个二维平面，并且可以根据屏幕的像素大小把这些点映射到我们屏幕的对应位置，即使经过多次变化，但是点跟点的连接并没有变。第二阶段GPU就开始遍历我们模型上的所有三角形，把模型的三角面投影到了我们的屏幕上。

Rasteriaztion（光栅化）

因为我们的屏幕是由一个个像素组成，所以这一步就要把这些三角形变成屏幕上对应的像素，也就是所谓的光栅化（Rasterization）。这一部GPU为我们做了很多工作，比如三角面之间会有遮挡关系，它就会帮我们剔除掉那些被遮挡的像素。而且因为每个像素其实是由这些相连的点生成的，所以每个像素会根据这些点计算，插值出准确的数据。这样每个像素上都会有准确的数据，能给到下一个阶段进行进一步的处理和计算

Pixel Shader（像素着色）

遍历完所以的像素，我们就来到了像素着色（Pixel Shader）阶段，也是Shader发挥作用的地方，是主要对我们的模型效果产生变化的阶段，这里我们可以根据灯光做出明暗变化的效果，也可以根据贴图坐标去采样贴图，让我们的模型有纹理细节

Post-process（后处理）

最后我们得到一张绘制完的结果，不过一般我们不会直接把结果输出到屏幕上，还会对这张图做处理，比如看锯齿、校色、添加bloom（辉光）之类的，我们把这个阶段叫做后处理（post-process）经过处理，屏幕就可以展示我们最后的渲染效果了。

总结

当然，这只是一个最基本的流程概念，本章只是对渲染有一个基本的概念，可以为我们后续进一步理解打好基础。本章是用来本人理解渲染概念，如果有什么不足的地方，还希望有大佬可以指出来。