OpenGL渲染管线

渲染管线

渲染管线输入数据

渲染管线处理两种数据

几何数据

描述了几何图形，例如：顶点，直线，多边形

处理步骤：

立即模式或显示列表 得到顶点数据

若需要求值器处理，则经过求值器，生成实际几何图形的顶点，法线，纹理坐标等信息

顶点操作，确定每个顶点的坐标值，纹理坐标，颜色等，形成确定的图元

图元装配，通过裁剪，透视，剔除，确定只在视口中图元情况的的情况

光栅化，根据图元信息和缩放因子等，生成片段

片段操作，进行片段测试，片段混合，抖动，位操作

写入帧缓冲区

像素数据

图形，位图

处理步骤：

立即模式或显示列表的像素数据

像素操作 ，解包，传输操作，映射，截取，确定图像每个像素的实际表现值

分两种情况

1 不作为纹理对象，即不需要装配了，可直接光栅化

2 纹理装配，若作为纹理对象，则根据几何图像的纹理坐标，将纹理上的像素值装配到对应的位置

光栅化，根据像素信息和缩放信息等，生成片段

片段操作，进行片段测试，片段混合，抖动，位操作

写入帧缓冲区

显示列表

几何图形数据和像素数据都可以保持在显示列表

执行整个显示列表，然后获得几何或像素数据

求值器

所有的几何图元最终都要通过顶点来描述。对于曲线或面要用小线段或小几何图形拼接而成

可参数化曲线或表面最初可能是通过控制点以及成为基函数进行描述的。

这种曲线或曲面，要通过求值器，按指定精度产生顶点，法线，等坐标值

顶点操作

如上获得几何图形的顶点后，这里还是首先计算确定各个顶点的相关数据(坐标值，纹理坐标值，颜色等)，然后形成确定的图元

首先要计算图元顶点的相关数据

顶点坐标

对顶点进行变换，通过相关矩阵变换到世界坐标

纹理坐标

若该顶点有指定纹理坐标，则对纹理坐标也进行变换

顶点颜色

确定顶点颜色，综合纹理自身颜色

若启用光照，综合变换后的顶点位置，表面法线，光源位置，材料属性以及其他光照信息进行光照计算，产生最终的颜色值

注意：

一个几何平面，对一个光照模型来说，通过光源位置，表面法线，通过几何平面的顶点，即可确定整个平面各个顶点

受光照影响的颜色值

图元装配

如上经过顶点操作后，已经建立图元单位，此步骤对图元进行操作

经过此步骤后形成真正可显示的图元数据

裁剪

投影变换时，定义了一个视景体(一个立方体)，其限定了视景体外多余的部分裁剪掉，最终图像只是视景体内的有关部分

因此会对原始的图元进行裁剪

点剪裁就是简单地接受或拒绝顶点，直线或多边形剪裁则可能需要添加额外的顶点，具体取决于直线或多边形是如何进行剪裁的

透视除法

在进行投影变换时，定义的视景体平截头体，即进行的透视投影，则需要利用投影矩阵进行透视除法

透视除法使远处的物体看起来比近处的物体更小一些

剔除测试

多边形，具有两个平面，可以为每个平面定义不同的绘制方式和属性

若启用剔除测试，则进行剔除测试，用于根据观察点位置，剔除多边形被遮挡的那个平面，不对其绘制

视口和Z坐标

确定顶点的Z坐标

根据定义的视口的信息，确定自己在帧缓冲区哪个区域

这个阶段所产生的结果就是完整的几何图元，也就是根据相关的颜色，深度进行了变换和剪裁的顶点。

像素操作

如上通过立即模式，或显示列表，指定图片加载进内存后

首先从，从内存中按相应格式对像素进行解包，形成OpenGL的像素存储格式

然后对像素数据进行

解包

从内存解包数据

传输操作

传输过程中可通过void glPixelTransfer{if}(GLenum pname, TYPE param)指定传输中会执行的操作

例如:

缩放因子

设置缩放系数，会再解包后对像素的RGBA各个成分乘以缩放因子

偏移

索引模式下，指定偏移值，对颜色索引进行偏移

像素映射

所有的颜色成分，颜色索引和模板索引，在进入屏幕内存之前都可以通过查表方式进行更改

可以使用glPixelMap*()映射函数来控制

截取

最后像素值为截取到[0.0 - 1.0]

经过此步骤后，确定了图像正确的像素值，此后有两种操作方式

1 若不是作为纹理对象使用，则直接以现在的像素值去进行光栅化，去形成片段

2 若是作为纹理对象使用，则要进行纹理装备阶段处理

纹理装配

纹理装配用于，将纹理对象应用在几何物体上

有些GL实现利用硬件缓存支持高性能的纹理工作集，称为常驻纹理

此步骤用于根据几何图像的纹理坐标，将纹理上的像素值和，如上几何图像形成的图元，结合一起去进行光栅化

光栅化

光栅化就是把几何数据和像素数据转换为片断的过程，每个片断方块对应用于帧缓冲区中的一个像素，每个片段具有各自的颜色和深度

如上描述，一个几何顶点形成多个片段，一个图片上的像素也可能形成多个片段，但这些片段都具有和和该顶点或像素相同的颜色和深度

几何点光栅化

几何顶点可以指定大小和位置，还可能受缩放因子影响

以几何顶点的中心位置定位，经过矩阵变换到视口内的一个位置，此时开始进行点的光栅化

不抗锯齿点

根大小和位置，形成一个矩形的片段组合

抗锯齿点

将点视为一个圆，根据在帧缓冲区的被圆覆盖，和覆盖比例，来形成片段，根据覆盖比例设置片段的颜色深浅

图片像素光栅化

每个图像像素被当做一个矩形，设当前光栅位置为(x, y), 缩放系数为(fx, fy)

则设图像中某个像素属于第n行，m列

则在屏幕上的GL坐标系下这个矩形的对角为

左下：(x + fx * n, y + fy *m) 右上：(x + fx * (n+1), y + fy * (m+1))

中心位于这个矩形内部，或中心位于底部或下面的矩形边界上的片段都是根据这个图像像素生成的

概念注意：

光栅

老式屏幕的光栅概念

现在可理解为屏幕上一个像素，或帧缓冲区中一个像素

图片的像素

图片数据中对一个像素数据

但这个可能在屏幕以多个屏幕像素来表示

片段操作

在几何图形和像素，结合在一起形成片段后，这些还不是真正帧缓冲区中的像素

需要经过此步骤过滤和操作

片段测试操作 决定片段的去留，这些测试都可以单独的启用和关闭

裁剪测试

限定窗口区域中，某个矩形区域内的片段可以接受

alpha测试

通过将片段的alpha值和一个参考值，进行比较，来决定片段的去留

模板测试

模板缓冲区内保存了同样大小图形数据，将模板缓冲区中，这个片段对应的那个像素的值和一个参考值进行比较，来决定片段的去留

深度测试

将当前片段，和此片段对应的在帧缓冲区中的像素的深度进行比较，决定当前片段的去留

混合

混合操作，把当前片断的RGBA值与帧缓冲区中这个片段对应像素值进行组合

抖动

在少量颜色位平面的系统中，可以通过通过对图像中颜色进行抖动，模拟其他颜色

逻辑操作

片断操作的最后一种操作为逻辑操作，例如：或，异或，反转等

作用于 源片断 和 颜色缓冲区中的目标片断

片段经过如上过滤和操作后，才真正进入帧缓冲区形成屏幕上的图像