什么是渲染流水线

渲染流水线的工作任务在于由一个三维场景出发、生成(或者说渲染)一张二维图像。换句话说，计算机需要从一系列的顶点数据、纹理等信息出发，把这些信息最终转换成一张人眼可以看到的图像。这个工作通常是由CPU和GPU共同完成的。(unity shader入门精要冯乐乐 p6)

图出处Kerry佬

为什么要用渲染流水线

可以提高单位时间的生产量，提高生产率。

CPU端具体实现

渲染流水线的起点是CPU，即应用阶段。应用阶段大致可分为下面三个阶段:

把数据加载到显存中。
设置渲染状态。
调用DrawCall

把数据加载到显存中

我们渲染物体往往需要很多信息，这些数据需要从硬盘中加载到系统内存，然后，网格和纹理等信息又被加载到显存中，这样做的原因是因为大部分显卡对于内存没有直接的访问权利，且显卡对于显存的访问更快。那么这么多数据，是不是所有的数据都是我们需要的呢？我们知道，我们看到的图像，是在摄像机视锥体范围内的。如下图我们只能看到立方体，看不到猴头。

从这里看，猴头，也就是视锥体外的数据就可以不处理，这样子可以节省性能。这步叫做视锥体剔除。

那么我们如何判断物体有没有在视锥体内呢？

我们需要判断物体有没有和视锥体相交，可是物体形状千奇百怪，还有些复杂的，那计算量就会很大，此时，往往采用物体的包围盒（bounding box），最常见的包围盒算法有AABB包围盒（Axis-aligned bounding box），包围球（Sphere），方向包围盒OBB（Oriented bounding box）。

包围盒怎么求呢？

常用的是取所有点中最小的和最大的x，y，z作为包围盒的边界。如下是求三角形的平面包围盒，取得三角形三个点的x，y的最小值和最大值。

c++ 复制代码

// Bounding Box
    int min_x = std::min(v[0].x(), std::min(v[1].x(), v[2].x())), min_y = std::min(v[0].y(), std::min(v[1].y(), v[2].y())), max_x = std::max(v[0].x(), std::max(v[1].x(), v[2].x())), max_y = std::max(v[0].y(), std::max(v[1].y(), v[2].y()));

这块三维引擎往往会帮你处理好。

除了视锥体剔除，还有层级剔除等，层级剔除通过设置摄像机和物体的layer用来控制物体是否剔除。 THREEJS中的层级剔除

现代化图形api比如DX12，vulkan，WebGPU等还会有一个渲染队列，用来控制渲染顺序，来处理透明，不透明，半透明物体的渲染，Opengl的话没有自带，threejs中需要自己设置渲染顺序来达到类似效果。.renderOrder

渲染状态

渲染状态:定义了场景中的网格是怎样被渲染的。比如顶点着色器，片元着色器，光源属性，材质等。个人理解是把数据怎么组合。比如给三个mesh，用同一组材质。

调用DrawCall

Draw Call就是一个命令，它的发起方是CPU，接收方是GPU。这个命令仅仅会指向一个需要被渲染的图元列表。给定了一个Draw Call时，GPU就会根据渲染状态和所有输入的顶点数据来进行计算，计算过程就是GPU流水线。

观察视锥体剔除和Drawcall

对比上述两张图，当两个立方体在视锥体内时，drawcall为4，当一个立方体移出视锥体外时，drawcall为3，可见视锥体剔除确实节省了性能。 github链接

渲染流水线(一)