Render-Pipeline

Render-Pipeline

Die Render-Pipeline ist die Abfolge von Schritten, die ein Renderer befolgt, um eine 3D-Szene in ein 2D-Bild zu verwandeln. Das Verständnis der Pipeline hilft Ihnen, Ihre Szenen zu optimieren und Rendering-Probleme zu debuggen. Obwohl verschiedene Renderer unterschiedliche Implementierungen haben, folgt die grundlegende Pipeline einer ähnlichen Struktur bei allen. Die Pipeline kann in mehrere Hauptphasen unterteilt werden.

Die erste Phase ist die Geometrieverarbeitung. Der Renderer nimmt die 3D-Modelle aus der Szene und transformiert sie von ihren lokalen Koordinatensystemen in den Weltraum, dann in den Kameraraum und schließlich in den Bildschirmraum. Dies beinhaltet die Multiplikation jedes Scheitelpunkts mit der Welt-, Ansichts- und Projektionsmatrix. Während dieser Phase führt der Renderer auch das Backface-Culling durch, bei dem Polygone entfernt werden, die von der Kamera weg zeigen.

Als nächstes kommt die Rasterisierung für Echtzeit-Renderer oder Raytracing für Offline-Renderer. Die Rasterisierung wandelt die transformierte Geometrie in Pixel um, indem bestimmt wird, welche Pixel auf dem Bildschirm von jedem Dreieck bedeckt werden. Raytracing macht das Gegenteil, indem es Strahlen von der Kamera durch jedes Pixel sendet und berechnet, was sie treffen. Raytracing liefert genauere Ergebnisse, ist aber viel langsamer.

Nachdem die Sichtbarkeit bestimmt wurde, berechnet die Schattierungsphase die Farbe jeder sichtbaren Oberfläche. Hier kommen Materialien, Texturen und Beleuchtung zusammen. Der Shader evaluiert die Oberflächeneigenschaften an jedem Punkt, sucht Texturwerte und berechnet, wie Licht mit der Oberfläche interagiert. Bei komplexen Materialien wie Haut oder Glas kann diese Phase mehrere Schichten von Schattierungsberechnungen umfassen.

Die letzte Phase ist die Nachbearbeitung. Dies umfasst Operationen wie Tone Mapping, das HDR-Werte in anzeigbare LDR-Werte umwandelt, Anti-Aliasing zum Glätten von gezackten Kanten und Kameraeffekte wie Tiefenschärfe oder Bewegungsunschärfe. Einige dieser Effekte können stattdessen in der Compositing-Phase durchgeführt werden, abhängig von der Pipeline. Die Ausgabe ist das endgültig gerenderte Bild.