渲染管线

渲染管线

渲染管线是渲染器将3D场景转换为2D图像所遵循的一系列步骤。理解管线有助于优化场景和调试渲染问题。虽然不同的渲染器有不同的实现，但基本管线在所有渲染器中都遵循相似的结构。管线可以分为几个主要阶段。

第一阶段是几何处理。渲染器从场景中获取3D模型，并将其从局部坐标系转换到世界空间，然后到相机空间，最后到屏幕空间。这涉及将每个顶点乘以世界、视图和投影矩阵。在此阶段，渲染器还会执行背面剔除，移除背向相机的多边形。

接下来是光栅化（用于实时渲染器）或光线追踪（用于离线渲染器）。光栅化通过确定屏幕上哪些像素被每个三角形覆盖，将转换后的几何体转换为像素。光线追踪则相反，从相机通过每个像素发射光线，并计算它们击中什么。光线追踪产生更精确的结果，但速度慢得多。

确定可见性后，着色阶段计算每个可见表面的颜色。在这里，材质、纹理和光照结合在一起。着色器评估每个点的表面属性，查找纹理值，并计算光线如何与表面交互。对于皮肤或玻璃等复杂材质，此阶段可能涉及多层着色计算。

最后阶段是后处理。这包括色调映射（将HDR值转换为可显示的LDR值）、抗锯齿（平滑锯齿边缘）以及任何相机效果，如景深或运动模糊。根据管线，其中一些效果可以在合成阶段完成。输出是最终渲染图像。