光栅化渲染-7-渲染管线

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　　GPU 渲染管线分为两种，一种是原始的固定管线，另一种是现在常用的可编程管线。

渲染流程

　　1.在顶点着色器中，空间点由相机空间(camera space)变换到裁剪空间(clip space)。这个过程首先将顶点变为齐次坐标，然后乘以透视投影矩阵。需要注意的是，此时还没有进行标准化，即转化后的顶点各分量没有除以 $P_{S_w}$ 。
　　2.当所有顶点都经过顶点着色器处理后，不在裁剪空间中的图元将被舍弃，部分处于裁剪空间中的图元将被裁剪。需要注意的是，这个时候由于还没有进行标准化，因此裁剪空间并不是 $[-1, -1, -1]$ 和 $[1, 1, 1]$ 定义的固定的立方体空间，而是每个顶点都有一个自己的裁剪空间。常用的裁剪算法有 Cohen-Sutherland 和 Sutherland-Hodgman 算法。
　　3.裁剪过程结束后，所有的顶点都将进行标准化，每个顶点的 $x$，$y$，$z$ 坐标都要除以各自的 $w$ 分量。这一步也叫做 perspective divide。

figure 1

Figure 1

固定管线

　　在固定管线下，OpenGL 以及其它图形 API(e.g. Direct3D) 提供了两种模式来修改相机的状态，GL_MODELVIEW 以及 GL_PROJECTION。在 GL_MODELVIEW 模式下设置 objection-to-world 以及 world-to-camera 的转换矩阵，将顶点转换到相机坐标系下；在 GL_PROJECTION 模式下通过 glFrustum 设置透视投影矩阵，将顶点转换到裁剪空间下其次坐标形式。

实例

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glMatrixMode (GL_PROJECTION); 
glLoadIdentity(); 
glFrustum(l, r, b, t, n, f); 
glMatrixMode(GL_MODELVIEW); 
glLoadIdentity(); 
glTranslate(0, 0, 10); 
...

　　固定管线现已被弃用。

可编程管线

　　可编程管线和固定管线的区别在于，舍弃了 GL_MODELVIEW 和 GL_PROJECTION 的概念，要求开发者在顶点着色器中自定义顶点的变换，即自己实现 world-to-camera 和 透视投影矩阵。OpenGL 要求程序中必须有顶点着色器和片段着色器的实现。

顶点着色器实例

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uniform mat4 worldToCamMatrix, projMatrix; 
in vec3 vert; 
 
void main() 
{ 
    gl_Position = projMatrix * worldToCamMatrix * vec4(vert, 1); 
}

参考链接

Scratchapixel-About the Projection Matrix, the GPU Rendering Pipeline and Clipping