第2章-图形渲染管线-2.6-管线综述1

【图形渲染管线】是计算机图形学中用于将三维模型转化为屏幕上的二维图像的关键流程，它由多个阶段组成，包括应用程序阶段、几何处理、光栅化和像素处理。这些阶段共同协作，将复杂的数学模型和场景转化为我们可以看到和理解的图像。 在**应用程序阶段**，程序员编写的应用程序负责处理用户的交互，如在CAD软件中移动和旋转模型。例如，用户打开华夫饼机的盖子，应用程序会计算相应的旋转矩阵，并确保在渲染时正确应用。同时，应用程序还负责更新相机的位置和视图方向，为下一阶段提供必要的信息。 **几何处理**阶段处理从应用程序传递过来的数据，包括对象的顶点和法线。每个对象都有一个视图变换矩阵，将它们置于视图空间中，使得我们可以从正确的视角观察。接着，通过投影矩阵将物体转换到眼睛看到的空间，进行透视投影，超出视口的物体会被裁剪，而与视口相交的物体则继续进入下一阶段。在此过程中，还会进行顶点着色和光照计算。 **光栅化**阶段将经过裁剪的几何形状转化为像素，找到每个图元在屏幕上的对应像素。这个过程包括将多边形分解成像素，计算它们的边界，并决定哪些像素应该被激活以表示图元的一部分。 **像素处理**阶段是管线的最后一步，对每个可见像素进行颜色计算。这涉及到纹理映射、深度测试（使用Z缓冲区）、模板测试等，以解决遮挡问题并确定哪些像素应该显示在最前面。此外，如果对象有纹理，会根据纹理图像渲染像素颜色。所有这些处理完成后，最终的像素颜色将被组合成图像，并显示在屏幕上。 图形渲染管线的发展随着硬件的进步而不断演变。早期的固定功能管线在图形硬件中预设了特定的操作，比如任天堂Wii，而现在，可编程GPU允许更灵活的处理，开发者可以直接控制每个阶段的具体运算，提供了更高级的视觉效果和性能优化。 总结来说，图形渲染管线是计算机图形学的核心，它将3D模型转换为我们在屏幕上看到的2D图像，通过一系列计算和处理，实现了真实感的渲染效果。随着技术的发展，渲染管线变得更加复杂和高效，支持了更多先进的图形技术和艺术表现。