GPU渲染是通过图形处理器(GPU)来加速渲染任务的过程,其工作原理主要包括以下几个步骤:
顶点着色
输入:顶点数据从CPU加载到GPU的显存中,通常由drawCall指定。
处理:顶点着色器对每个顶点进行模型视图变换和投影变换(即右乘MVP矩阵),将3D物体的顶点映射到2D屏幕上的位置。
输出:变换后的顶点数据被传递到几何阶段进行进一步处理。
几何阶段
输入:顶点着色器输出的顶点数据。
处理:几何阶段负责进行顶点的裁剪、投影和屏幕映射,将图元转换为屏幕坐标系中的点,并剔除不在视野内的顶点及某些三角面片。
输出:处理后的图元数据传递到光栅化阶段。
光栅化阶段
输入:几何阶段输出的图元数据。
处理:光栅化阶段将每个图元转换为多个片段,并生成这些片段的位置。片段着色器负责计算每个片段的颜色值,通常需要输入纹理进行着色贴图。此外,还会进行深度测试、模板测试、像素所有权测试和颜色混合等操作。
输出:经过光栅化后的片段数据被发送到帧缓冲区,准备进行显示。
像素着色(片段着色)
输入:光栅化阶段生成的片段数据。
处理:片段着色器对每个片段进行照明和颜色处理,模拟光源、阴影、反射等物理效果,使图像更加逼真。
输出:处理后的片段颜色值存储在帧缓冲区中。
显示
输入:帧缓冲区的内容。
处理:最后,帧缓冲区的内容被交换到屏幕上进行显示。
通过以上步骤,GPU能够利用其大量的并行处理单元,高效地完成从顶点着色到像素着色的整个渲染过程,从而大大提高了渲染速度和图像质量。