在現(xiàn)代計(jì)算機(jī)圖形領(lǐng)域，GPU（Graphics Processing Unit，圖形處理器）是不可或缺的組成部分，負(fù)責(zé)加速圖形渲染和計(jì)算任務(wù)。本文將簡單介紹GPU工作流程，包括其從數(shù)據(jù)輸入到圖像輸出的每個重要步驟。

01、頂點(diǎn)讀入 |Vertex Input

這一步是GPU處理圖形數(shù)據(jù)的開始。這是將3D模型的幾何信息輸入到GPU的過程。每個3D模型由許多頂點(diǎn)構(gòu)成，它們包含了位置、法線、紋理坐標(biāo)等信息。GPU將這些信息存儲在緩存中以供后續(xù)處理使用。

在這一步，GPU接收3D模型的頂點(diǎn)數(shù)據(jù)，包括每個頂點(diǎn)的坐標(biāo)、顏色、法線和紋理坐標(biāo)等信息。這些數(shù)據(jù)通常存儲在緩沖區(qū)中，以便GPU能夠快速訪問它們。這些緩沖區(qū)可以包括頂點(diǎn)坐標(biāo)緩沖、顏色緩沖、法線緩沖和紋理坐標(biāo)緩沖。

02、頂點(diǎn)渲染 |Vertex Shader

一旦GPU獲得了頂點(diǎn)數(shù)據(jù)，接下來的步驟是通過頂點(diǎn)著色器對每個頂點(diǎn)進(jìn)行處理。頂點(diǎn)著色器是一段可編程的代碼，用于執(zhí)行各種操作，包括坐標(biāo)變換、光照計(jì)算、動畫等。

這個階段的目標(biāo)是將頂點(diǎn)從模型空間（Object Space）轉(zhuǎn)換為相機(jī)坐標(biāo)系（Camera Space），以便進(jìn)行圖元裝配，進(jìn)行視錐體裁剪和投影。

03、圖元裝配 |Primitive Assembly

頂點(diǎn)被變換到相機(jī)坐標(biāo)系后，GPU將它們組裝成圖元，如三角形、線段或點(diǎn)。這是為了將3D對象表示為屏幕上的2D圖元，以便進(jìn)行后續(xù)的像素處理。

這個階段還包括剔除那些位于視錐體之外的頂點(diǎn)和圖元，以提高渲染性能。

04、光柵化 |Rasterization

圖元裝配后，接下來是光柵化。光柵化是GPU的一個關(guān)鍵步驟，它將圖元轉(zhuǎn)換為像素。

在這一階段，GPU確定哪些像素受到圖元的影響，并計(jì)算它們的位置和深度值。這是將3D信息映射到2D屏幕空間的過程。每個像素被分配一個位置和深度值，以備后續(xù)像素渲染使用。光柵化處理像素的位置和相對深度，以便進(jìn)行后續(xù)像素渲染。

05、像素渲染 |Pixel Shader

像素渲染是GPU處理像素的階段。在這一步，每個像素的最終顏色值被計(jì)算出來。這是一個高度可編程的階段，通常使用像素著色器執(zhí)行。

像素著色器可以執(zhí)行各種操作，例如紋理映射、光照模型、陰影計(jì)算和特效處理。它可以根據(jù)紋理坐標(biāo)從紋理貼圖中獲取顏色，然后根據(jù)光照條件計(jì)算最終顏色，最終輸出給幀緩沖。

06、逐像素操作 |Pixel Operations

逐像素操作是GPU執(zhí)行的最后一步。這一階段包括深度測試、模板測試和混合操作。深度測試用于確定哪些像素位于最前面，以確保渲染結(jié)果正確排序。模板測試允許定義模板緩沖中的內(nèi)容，以便進(jìn)行特殊的像素操作。

混合操作是混合多個像素顏色以生成最終的輸出顏色，在一些情況下，最終的像素顏色可能需要進(jìn)行像素轉(zhuǎn)換，例如伽馬矯正、顏色校正或色彩空間轉(zhuǎn)換。這些轉(zhuǎn)換可以確保圖像顯示的準(zhǔn)確性和質(zhì)量，有助于確定最終像素的可見性，以及如何將多個圖層組合到最終圖像中。GPU的工作流程由多個精確的步驟組成，高度并行，允許實(shí)時渲染和復(fù)雜計(jì)算任務(wù)的執(zhí)行。正因如此，GPU已經(jīng)成為現(xiàn)代計(jì)算機(jī)圖形處理的關(guān)鍵，GPU的計(jì)算能力使得GPU在圖形顯示方面的地位無可撼動。來源：深流微