Week7

渲染

图形管线

• GPU管线（光栅化管线）
• 光线追踪管线

工作原理：

• 顶点着色器：将顶点坐标从模型空间转换到裁剪空间
• 细分着色器：将顶点细分为更多的顶点
• 几何着色器：将顶点转换为图元
• 投影：将图元投影到屏幕空间，分为正交投影和透视投影
• 裁剪：将超出视锥体的部分裁剪掉
• 屏幕映射：将图元映射到屏幕上
• 光栅化：将图元转换为像素
• 片段着色器：计算像素的颜色
• 像素操作：深度测试、模板测试、混合等

GPU硬件

NVIDIA Fermi架构是NVIDIA公司推出的一种GPU架构。架构包含：

• 多处理器：每个多处理器包含多个CUDA核心
• 共享内存：每个多处理器包含共享内存
• 寄存器文件：每个多处理器包含寄存器文件

移动端硬件特殊性：

• Tile Based Rendering：先将图元渲染到Tile中，再将Tile渲染到屏幕，减少内存的访问带宽
• Dual-pass Vertex Shading：做两遍顶点着色，尽量减少不可见的顶点的计算

模型和纹理

模型

模型是由顶点和索引组成的。顶点包含位置、法线、纹理坐标等信息。索引是顶点的索引。

纹理

纹理是一种二维数组，包含颜色信息。纹理坐标是纹理上的坐标。

LOD(level of detail)：距离越远，模型越粗略

SDF：根据与边缘距离来确定，存储每个点到图形的最近距离，即将模型划出一个表面，在模型表面外侧的点数值大于0，在模型表面内侧的点数值小于0

Nanite：虚拟化几何体、Cluster（group、VBH）、Sub-linear scaling、软光栅小三角形（VisBuffer）

光照

• 环境光：所有方向的光照
• 漫反射光：光线与表面法线的夹角越大，光照越弱
• 镜面反射光：光线与视线的夹角越小，光照越强

阴影

Shadow Map：将场景从光源视角渲染到纹理中，然后在渲染场景时，将纹理中的深度值与当前像素的深度值进行比较，判断当前像素是否在阴影中

后处理

• bloom：高亮部分扩散
• Gaussian Kernel：高斯核
• Tone Mapping：色调映射
• Gamma Correction：伽马校正

渲染调试

• 可视化：显示法线、深度、纹理坐标等信息
• 统计命令：显示帧率、三角形数量等信息