UnityShader学习笔记1 — — 入门知识整理

注：资料整理自《Unity Shader入门精要》一书

一、渲染流程概念阶段： 

应用阶段：（1）准备好场景数据：（如摄像机位置，物体以及光源等）

　　　　　　  （2）粗粒度剔除（Culling）：（把不可见物体剔除，不导入下一阶段）

　　　　　　  （3）设置每个模型的渲染状态：（如材质、纹理、shader等），输出渲染图元（rendering primitives）（如点、线、三角面等几何信息）并传递至下一阶段

几何阶段：（1）在GPU上处理绘制几何所需要的相关操作（具体操作细分在随后的GPU流水线中介绍）

　　　　　　  （2）重要操作：把顶点坐标变换到屏幕空间中，再交给光栅器处理

　　　　　　  （3）随后输出屏幕空间的二维顶点坐标，每个顶点的深度值、着色信息等至下一阶段

光栅化阶段：（1）利用上一阶段的数据在屏幕上产生像素，并渲染出最终图像（由逐顶点数据  ->  到逐像素数据）

注：这只是概念化的渲染阶段，具体硬件上的流程请参考下面的GPU流水线

二、GPU流水线： 

几何阶段

顶点着色器（Vertex Shader）：完成的主要工作有：坐标变换和逐顶点光照

裁剪（Clipping）：将不在摄像机范围内的物体剔除掉

屏幕映射（Screen Mapping）：

　　　　输入：上一阶段的单位立方体内的三维坐标

　　　　　输出：二维屏幕坐标系（Screen Coordinates），与分辨率有关

　　　　　保留Z轴坐标（深度值），与屏幕坐标系构成窗口坐标系（Window Coordinates）

光栅化阶段

光栅化阶段有两个重要目标：

　　　　计算每个图元覆盖哪些像素

　　　　替这些像素计算颜色

百科：光栅化(Rasterization)是把顶点数据转换为片元的过程，具有将图转化为一个个栅格组成的图象的作用

三角形设置（Triangle Setup）：

　　　　计算光栅化一个三角网格所需的信息（如坐标信息等）

三角形遍历（Triangle Traversal）：

　　　　检查每个像素是否被三角形网格所覆盖，如果是，则生成一个片元（Fragment）

　　　　通过三角网格来判断覆盖了哪些像素，并用3个顶点的顶点信息对这些像素插值

　　　　　　注：片元并不相当于像素，相比于像素还多了很多信息（如坐标，深度值、法线、纹理坐标等）

片元着色器（Fragment Shader）：

　　　　　　输入：上一阶段的插值数据

　　　　　　　  输出：颜色值（一个或多个）

逐片元操作（Per-Fragment Operations（OpenGL））：

　　　　　　　（Output-Merger（DirectX））

　　主要任务：（1）决定每个片元的可见性

　　　　　　　  （2）如果一个片元通过所有测试，则把这个片元的颜色值和已储存在颜色缓冲区中的颜色合并

　　模范测试和深度测试是可配置的，通常将片元的模板值/深度值与开发者给定的值进行比较，然后决定是否舍弃该片元

　　混合也是可配置的，决定是覆盖上一次颜色缓冲区中值还是进行合并（如透明效果）　　　　　　　　

三、其余补充

关于Draw Call

首先DrawCall通俗讲就是CPU对GPU发出的一个命令（CPU调用图像编程的API（如OpenGL和DirectX）以命令GPU开始渲染）

大致上的渲染阶段：CPU阶段：CPU从硬盘中加载数据到显存中 -> 设置好渲染状态 ->  DrawCall

                                GPU阶段：参考上文第二部分GPU流水线　　　　　　　　

　　　　　　  　

　　众所周知，DrawCall会影响游戏的帧数，而帧数则是由CPU和GPU两者中较差的那个决定了瓶颈上限，因此当DrawCall多了以后，如上图2.19所示，CPU需要一条条发布命令，而GPU由于对图像的渲染能力很强，可以一次渲染多个三角网格，此时往往就会导致CPU处理速度跟不上无法及时给出命令，而GPU则会处于空闲状态。

那如何减少DrawCall？

　　（1）避免使用大量很小的网格，如果必须使用时可以考虑把他们合并成一张大网格，减少节点数

　　（2）避免使用过多的材质