GPU几何处理详解：顶点着色与变换

"本章节主要介绍了图形渲染管线中的几何处理阶段，包括顶点着色、投影、裁剪和屏幕映射等关键步骤。其中，顶点着色是计算顶点位置和输出附加数据如法线、纹理坐标的阶段，随着GPU的发展，这个阶段变得更加灵活和通用。模型变换和视图变换在几何处理中起到重要作用，它们将模型从模型空间转换到世界空间，再通过视图变换适应相机视角。" 在图形渲染中，几何处理是GPU执行的关键环节，它由多个子阶段构成，如顶点着色、投影、裁剪和屏幕映射。首先，顶点着色阶段不仅是计算顶点位置，还涉及评估和设置与顶点相关的各种数据。传统的顶点着色主要用于计算灯光效果，但现代GPU的顶点着色器功能更加强大，可以执行各种自定义操作，如对象的动画设定。 顶点位置的计算涉及到一系列坐标转换。模型首先位于自己的模型空间，通过模型变换可以将其定位和定向。模型变换可以独立地应用于模型的各个副本（实例），允许它们在场景中具有不同的属性。变换后的模型坐标被称为世界坐标，所有模型都在统一的世界空间中。 相机在渲染过程中起着至关重要的作用。视图变换是将相机的位置和方向考虑进去，将所有对象从世界空间转换到相机空间，也就是视图空间或眼睛空间。在这个空间中，相机被置于原点，面向负z轴，使得渲染的对象能够正确地投影到屏幕上。视图变换通常使用4×4矩阵进行表示，允许程序灵活地控制相机的视口和视角。 接下来的阶段是投影，它将三维物体转换为二维投影，通常是透视投影或正交投影，以模拟深度感知。之后的裁剪阶段会剔除超出视口范围的对象部分，只保留可见的几何形状。最后，屏幕映射阶段将裁剪后的几何形状映射到屏幕的像素坐标，准备进行像素着色和最终的图像合成。 图形渲染管线的几何处理阶段是将三维模型转化为屏幕可见图像的关键步骤，它结合了数学变换、几何处理和空间定位，确保了我们在屏幕上看到的真实感图像。这一过程的每一步都是精心设计和优化的，以满足实时渲染的需求和视觉质量的要求。