计算机图形学---渲染管线

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所谓GPU的的渲染管线，其实可以理解为一个过程，通过这个过程告诉GPU通过一堆数据，得出二维图像，而这些数据包括：视点，三维物体，光源，照明模型，纹理等元素。
而这个过程包括：数据填充-->变换&顶点光照-->裁剪、光栅化等-->像素处理-->alpha测试、深度测试、全局混合等-->输出。

数据填充：处理输入的数据。顶点数据（坐标、法线、颜色等）、纹理数据、矩阵数据、一些常量数据（如世界矩阵、观察矩阵、投影矩阵、纹理矩阵等）。
变换&顶点光照：顶点经过世界变换、观察变换、投影变换，纹理坐标处理，通常在定点经过观察变换后，便开始进行一些光照计算，逐定点光照处理。这一阶段也是可编程管线所提供的顶点变换阶段。也就是说，我们可以通过着色器程序来控制这一阶段的结果。在着色器程序中，我们可以任意处理想要的数据，比如进行纹理坐标缩放、旋转、随机偏移等。
裁剪、光栅化：经过坐标变换和光照后，顶点已经被投影为2D坐标+深度信息。一些不可见的顶点会被裁掉，比如那些处于背面的点。同时，剩下的顶点会被差值计算，以形成像素构成的图元。所有的信息都会被插值，比如纹理坐标、法线、颜色等。光栅化的过程不可控制，仅能决定光栅光的方式。
像素处理：像素处理阶段是一个最耗时，但是也是能使你的渲染效果品质更高的地方，像素最终的样子在这一阶段决定，可以进行纹理映射、逐像素光照、像素附加处理等，做纹理混合、模糊、扩散等效果。这也是可编程管线中使用shader控制的另一个控制过程。
alpha测试、深度测试、全局混合等当像素经过像素处理阶段后，并不能都有机会输出到屏幕上，因为他们还要经过深度（也有一些比较优化的渲染管线将深度测试提到像素处理之前）和模板测试、alpha测试，经过这些测试后，还要进行一次alpha混合，这次与目标缓冲区的混合，能够实现半透明的效果。虚拟世界中的五光十色就是因为这个半透明效果而生动。
在3D渲染流程中，我们能够用着色器语言控制的就是“顶点变换和光照”以及“像素处理”阶段。而GPU中用于处理着色器的最基本帮手就是寄存器。
寄存器的特点是均为四维向量（x,y,z,w）或者（r,g,b,a）。种类包括常量寄存器、输入寄存器、输出寄存器、纹理寄存器、临时寄存器。
输入寄存器就是GPU用来接收数据的寄存器，当渲染数据填充到GPU时，其实就是将这些数据填充到这些输入寄存器上。比如，当我们将一个顶点的位置和法线提交后，GPU在处理这个定点时，其相应的寄存器就会拥有这个顶点相应的值。
顶点处理阶段和像素处理阶段用到的输入寄存器是不同的，输入寄存器决定了相应的处理阶段能够做的事情。比如，我们提交了一个三角形的顶点和纹理坐标信息，并且我们提交了一张纹理，用来对这个三角形做纹理映射。但是，我们是不能在顶点处理阶段就对其纹理做处理的。因为我们不能再顶点处理时访问纹理数据。
常量寄存器：常量寄存器用来向着色器传递我们需要控制的常量信息，比如，世界矩阵、观察矩阵、投影矩阵、纹理矩阵等，以及我们可以设置一些值，比如当前时间，用来实时偏移一个顶点的纹理坐标，使其纹理能呈现移动的效果。又或者通过这个值，动态的改变定点的位置，使其出现波动的效果。这些都是常量寄存器可以干的事情。
同样的，常量顶点处理阶段和像素处理阶段使用的常量寄存器也是不同的，不过，这种情况在SM 4.0以后得到改善（随着DirectX 10时代的到来，Shader Model也升级到了4.0版本。SM4.0中的指令长度被提升到大于64K（即64×1024）的水平，这是SM 3.0规格（渲染指令长度允许大于512）的128倍。）
，并且有一个趋势，就是顶点处理和像素处理阶段的界限不再那么明显。他们可以共用寄存器，公用一些缓存。
临时寄存器：临时寄存器顾名思义就是在处着色器处理过程中存放一些临时的值，若你是用高级着色器语言编写着色器程序，那么你是感觉不到临时寄存器的存在的，因为你仅仅声明了一个临时变量。但确实，这就是临时寄存器的功劳。

纹理采样寄存器：纹理采样寄存器用于存放你所提交的纹理，并且提供纹理采样功能，如临近点采样、双线性采样、三线性采样等。怎么采样根据你的指令来执行，为了辅助你完成纹理映射的工作。
输出寄存器：输出寄存器就是你的着色程序能够输出的内容，输出内容通过输出寄存器传递出来，顶点处理程序的输出有两种：一种是输出到帧缓冲，另一种是输出给像素处理程序。最典型的就是纹理坐标数据，当顶点处理程序拿到输入寄存器传递过来的纹理坐标值后，经过一些处理后又输出。而真正需要使用这个信息的，救赎像素处理程序。常见的有位置、纹理坐标、颜色等。

着色器语言：因为传统的着色器语言，顶点着色程序和像素着色程序不能增加删除顶点，而后加入的几何着色程序可以。
着色器语言有高级和低级语言两种，低级语言采用的是汇编助记符方式。而高级语言是C语言风格，很符合人们的编程习惯。