梳理一下整个渲染管线
前言：网上资料太多也会产生混淆，自己整理一下，但毕竟没看过龙书虎书手写过引擎，所以感觉还是会有不少错误的，这里先挖个坑，以后有变化在改。
首先分为这四个大阶段
其次这是里面的一些细节及与硬件交互传输过程
- 每个阶段本身也可能是一条管线，如图中的几何阶段所示。此外，还可以对有的阶段进行全部或者部分的并行化处理，如图中的光栅化阶段。应用程序阶段虽然是一个单独的过程，但是依然可以对之进行管线化或者并行化处理。
- 最慢的管线阶段决定绘制速度，即图像的更新速度，这种速度一般用FPS来表示，也就是每秒绘制的图像数量，或者用Hz来表示。
（引自毛星云总结，侵删）
1应用阶段（CPU主导）
CPU把从硬盘（HDD/SSD）中需要的数据（点线面位置ID等）拿出来放进内存（RAM）
将处理方式（应当使用的着色器，合批方式，哪张RT，render path）丢给进VRAM
(此时碰撞计算还没有算，所以还没被RAM清除)将RAM中的数据进行处理（剔除等）
1.面的方向由什么决定？
由不同坐标系决定的，一个顺时针一个逆时针，顶点ID是没变化的（双面和背面剔除在clipping阶段）
2.Draw call 和draw pass的区别？
pass在call内，就跟shader一样，如果一个shader里有两个pass，这两个叫一个dc，一个dc类似一个rt
3.这边往VRAM里传的时候有一个粗粒度剔除（culling），与裁切（clip）的区别？
culling是通过AABB把视椎外且不与视椎相交的object剔除掉（所以其实这个时候就已经有视椎了，应该是通过Near、Far、Fov等数据设置的）
4.输出到显存中的数据？
（图为command buffer，也就是CPU向GPU传输处理方式的过程）
2几何阶段（GPU主导）
这里需要注意一下：GPU是每个顶点/片元都会算一次。所以一些诸如PI等常量计算放在CPU会省一些，因为只计算一次
2.1模型/视图变换（可以归到VertexShading里面，总之是第一步）
这里是model space – world space – view space
模型空间（model space/object space/local space）
模型变换（从模型空间到世界空间的过程）
世界空间（world space）
观察变换
观察空间（view space/camera space）
（unity的观察空间用的是右手坐标系，剩下都是左手）
2.2顶点着色器
模型转换和相机转换（单独拿到上面去了）
此外，还有坐标变换（如动画），逐顶点色彩处理（光照，纹理采样等，一般为了效果会在ps阶段处理）
也有顶点动画
2.3HS+TS+DS=曲面细分
外壳着色器（Hull-Shader）
将所需的顶点数据传递到细分阶段。需要一些输入数据，例如细分规则等镶嵌器（Tessellation Stage）不可编程
不可编程，负责根据HS中的标记进行细分域着色器（Domain-Shader ）
决定最终位置
2.4几何着色器（Geometry Shader）可选阶段
https://zhuanlan.zhihu.com/p/76775024
几何着色器的主要亮点就是可以创建或销毁几何图元
控制GPU对顶点进行增删操作（仅能几何着色器）。和顶点着色器一样，都可以对顶i但坐标进行修改，但几何着色器并行调用硬件困难，并行程度低，和顶点着色器有很大差距
2.5投影（Projection）
这里是view space – clip space
观察空间（view space/camera space）
投影变换：透视/正交投影矩阵。运算后可以通过+-W来与xyz比较来判断变换后的点是否在视椎体内（透视投影是非线性变换）
裁剪空间（clip space/齐次裁剪空间/齐次空间）
透视投影最后一行的1用来区分左右手坐标系
是这样的：上面左侧的矩阵是直接将物体映射到NDC之后的矩阵，r和l代表NDC的最小最大值。而闫佬提到的z值变化，是viewSpace.Z和NDZ.Z的对比。该结果由far和near影响
GPU将顶点从摄像机观察空间转换到裁剪空间（也叫其次裁剪空间）为之后剔除过程以及投射到二维平面做准备
其次坐标的扩充的方法很简单，对于一个顶点（x,y,z），我们只需要给它增加一个w=1的分量即可，即（x,y,z,1）。
2.6裁剪（clipping）/ 齐次空间（Homogeneous Space）
这里是clip space – screen space
裁剪空间（clip space/齐次裁剪空间/齐次空间）
屏幕映射：透视除法/齐次除法，实际上就是x/w,y/w,z/w（变换到三维空间）OpenGL管这一步得到的坐标叫NDC（归一化设备坐标），在xyz属于[-1,1]的cube内，DX的z范围是[0,1]
屏幕空间（screen space）
当前物体在裁剪空间（clip space/齐次裁剪空间）齐次空间裁剪指的是在齐次除法前进行剔除
GPU把看不见的顶点剔除掉，使他们不被渲染。判断只需要满足
GPU对裁剪空间中的顶点执行齐次出发（xyz分别÷w）得到NDC，经过齐次除法周，透视裁剪空间会变成一个xyz都在[-1,1]区间的立方体（CVA）内。对于正交裁剪空间，把w去掉就行（unity里w分量是透视矫正插值）此时坐标还是三维的，z分量是深度缓冲（z-buffer），可以做一些有关于顶点到摄像机距离的计算。同时背面剔除也是这里剔除的
Tips：
- NDC（标准化设备坐标）？在经过透视投影矩阵变化后，顶点中的w分量变成了一个衡量顶点到摄像机之间距离的参数。而正交投影矩阵的变化应该是最让人舒服的，它直接把空间变化为了一个x、y、z三个坐标都在[-1,1]区间内，w=1的立方体。
- NDC&CVV？
CVV全称：Canonical View Volume。（空间）
NDC全称：Normalized Device Coordinates。（设备坐标）
经过透视投影和透视除法之后，视锥体变为CVV，此时采用的坐标系叫做NDC。
2.7屏幕映射（Screen Mapping）
当前物体在屏幕空间（screen space）这里还有z，z是深度（后面要用到例如光栅化时候），在unity中w用于透视矫正差值
裁剪后，GPU需要把顶点映射到屏幕空间，这是一个从三维映射到二维的过程。
正常来说，对于任意一个点 p_local，转换到屏幕空间需要
p_proj = p_local * WorldMatrix * ViewMatrix * ProjectionMatrix
所以HPosition也就是屏幕空间坐标
3光栅化阶段（Rasterization Stage）
至此GPU完成了渲染的一半工作，我们只得到了顶点，但还不能成为像素显示再屏幕上
3.1图元组装（Primitive Assembly）
也叫三角形设置（Triangle Setup），根据每个顶点的ID将每三个点组成一个面
3.2三角形遍历（Triangle Traversal）
检验屏幕像素是否被三角形网络所覆盖，被覆盖区域将生成一个片元。具体覆盖生成逻辑有很多种。
tips：片元不是真正意义上的像素，而是包含了很多种状态的集合（如屏幕坐标、深度、法线、纹理等）这些状态用于最终计算出每个像素的颜色
这个阶段涉及到了抗锯齿。
除此以外，GPU还将对覆盖区域的每个像素的深度进行插值计算（透明度混合）。因为对于屏幕上的一个像素来说，它可能有着多个三角形的重叠，所以这一步对于后面计算遮挡、半透明等效果有着重要的作用。
3.3片元着色器（Fragment shader/Pixel Shader）
Fragment 这个词，这里翻译成图元，另外的文章可能翻译成面片，或者是片段。3D模型（2D可以看成是3D的特列），不管怎么复杂，也可以一直分解，最终分解到一个个三角形，或者是一个个四边形。这种最终分解出来，不可以再拆分的最基础的部分，就叫图元。OpenGL ES 去掉了四边行，只留下三角形作为最基础的图元。三角形有个优点，是三点永远在同一平面上，可以避免很多特殊情况。
三角形由一个个顶点组成，不同的三角形可能共用相同的顶点。先处理顶点，再将顶点组装起来，变成一个个图元，再处理图元。组装之后图元中每个顶点的信息都有了，之后再通过插值的方式，来处理每个图元中内部的像素点。
Vertex Shader，用来处理顶点，每个顶点执行一次。 Fragment Shader，用来处理图元，每个图元中的像素执行一次。（这里先忽略像素裁剪）
同一个渲染过程中，Vertex Shader 和 Fragment Shader 执行的次数并不是一样的。Fragment Shader会执行更多次。(所以FS会更精细一些)
3.4逐片元操作（Per-Fragment Operations）/合并阶段（Output-Merger）
从两个名字中我们大致可以推测出GPU在这个阶段要做的事情：对每个片元进行操作，将它们的颜色以某种形式合并，得到最终在屏幕上像素显示的颜色。主要的工作有两个：对片元进行测试（Test）并进行合并（Merge）。
测试步骤决定了片元最终会不会被显示出来。在OpenGL中，主要的测试有：裁剪测试（Scissor Test）、透明度测试（Alpha Test）、模板测试（Stencil Test）以及深度测试（Depth Test）。这个阶段是高度可配置的，所以渲染顺序不唯一，例如earlyZ
* **裁剪测试（Scissor Test）**
在裁剪测试中，允许程序员开设一个裁剪框，只有在裁剪框内的片元才会被显示出来，在裁剪框外的片元皆被剔除。
* **透明度测试（Alpha Test）**
在透明度测试中，允许程序员对片元的透明度值进行检测，仅仅允许透明度值达到设置的阈值后才可以会绘制。在OpenGL3.1后这个API被删除了，但你可以在片元着色器中实现类似的效果。
* **模板测试（Stencil Test）**
模板测试是一个相对复杂的测试。在模板测试中，GPU将读取片元的模板值与模板缓冲区的模板值进行比较，如何比较可以由程序员决定，如果比较不通过，这个片元将被舍弃。
譬如图中两个有重叠区域的小球；令左侧小球模板值为3，右侧小球在非重合处模板值为2，重合处模板值为3。现进行模板测试，令左侧小球始终被绘制为红色，令右侧小球满足：模板值与缓冲区相等的绘制为绿色，否则绘制为蓝色。于是我们发现，右侧小球重合处的片元通过了模板测试，被成功绘制为绿色。
* **深度测试（Depth Test）**
深度测试是一个十分重要的测试。在深度测试中，GPU将读取片元的深度值（就是我们前面留下来的坐标z分量）与缓冲区的深度值进行比较，比较方式同样是可以配置的。用通俗的说法解释，深度测试允许程序员设置如何渲染物体之间的遮挡关系。
- 颜色混合（Color Blending）
Alpha Test
Depth Buffer Test
Stencil Test
Blending
- 目标缓冲区
FrameBuffer
RenderTexture
Tip：framebuffer是位于memory上，带宽压力和功耗自然高
补充
对于vs和ps的修饰符
- attribute，为每个顶点的属性数据，每个顶点都不一样。顶点属性也只能在Vertex Shader 中定义，为用户向顶点处理模块传输的数据。
- uniform，为状态数据，整个渲染过程都是不变的。uniform 这个单词意思就为始终如一。状态数据，两种Shader 中都可以使用，但需要声明一致，不然会链接错误。
- varying，是 Vertex Shader 向 Fragment Shader 传输的数据，相当于两个shader 之间的数据通道。要通信，两个 Shader 就需要有一致的约定，表现成语言，就变成一致的数据声明。Vertex Shader 只管向 varying 写入顶点处理后的结果。Fragment shader 只管从 varying 中读取已经是经过插值后的结果。
从语法的设计角度来，可能将 attribute 和 varying，换成关键字 in 和 out 会更好些。
unity的渲染逻辑
数据传递
硬盘作为存储设备存储数据，然后被传到内存中，内存负责存储使用的数据，然后数据会在CPU和GPU之间来回传输。
一部分在CPU一部分在GPU，大部分工作是保持同步进行的。
- EarlyZ
- 不同GPU架构对于pipline的处理
