一、OpenGL渲染管道

渲染管道如下：

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OpenGL渲染管道，类似流水线的工作方式，按顺序执行每一个管道。
管线总结为：
顶点数据（Vertices）-> 顶点着色器（Vertex Shader）-> 图元装配（Assembly）-> 几何着色器（Geometry Shader）-> 光栅化（Rasterization）-> 片元着色器（Fragment Shader）-> 逐片断处理/测试与混合（Per-Fragment Operations）-> 帧缓冲（FrameBuffer）。再经过双缓冲的交换（SwapBuffer），渲染内容就显示到了屏幕上。

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下面具体解释下每一个管道：

1、顶点着色器：渲染管道的第一个管道。输入为顶点数据，输出为齐次坐标的顶点。其中光照计算也是在此阶段完成。齐次坐标是4D的{x, y, z, w}，多了个w值。进行透视除法后，就得到了一个3D坐标{x/w , y/w, z/w}，这时候得到的所有3D点坐标的z都一样，就相当于3维空间中3D图形的所有点，都投影到z为z/w的同一个平面上，这是3D坐标转为2D坐标的大致过程。更多齐次坐标可以阅读：{3D图形.pdf
-9.4章节}。

2、图元装配：输入为顶点着色器处理后的齐次坐标顶点，然后根据这些顶点数据和设置的图元组成方式（点、线、三角形）进行构造图元，如上图，根据三个顶点构造了一个三角形。

3、几何着色器：图元装配阶段的输出会传递给几何着色器。几何着色器把图元形成的一系列顶点的集合作为输入，它可以通过产生新顶点构造出新的（或是其它的）图元来生成其他形状。例子中，它生成了另一个三角形。此管道非必要。此阶段处理后（如果不进行几何着色器处理，那么就是图元装配阶段后），要进行背面剔除、裁剪、透视除法、视口变换。裁剪和背面剔除，可以丢弃掉很多无用的图元提高绘制效率。视口转换后顶点坐标已转化为二维的屏幕坐标系。有些资料说背面剔除在光栅化阶段，这个还有待考证。

4、光栅化：到目前为止，管线里的数据都是顶点，经过图元装配之后，哪些顶点是一个点、哪两个顶点是直线段、哪三个或更多顶点是一个三角形或多边形，这些图元信息都已经知道了，但它们还是只是顶点而已。顶点处都还没有“像素点”、直线段端点之间是空的、多边形的边和内部也是空的，光栅化的任务就是构造这些。由于已经经过了视口变换，光栅化是在二维（附带深度值）的屏幕坐标系中进行的。

光栅化有两个任务：

• 确定图元包含哪些由整数坐标确定的“小方块”（和屏幕像素对应，现在还不能叫片断，光栅化完成后才能叫片断）
• 确定这些小方块的Depth值和Color值（从图片顶点的Depth和Color插值得到），这些颜色后来可能被其他如纹理操作修改。下图就是color插值的过程，可能我们只提供四个顶点的颜色，光栅化根据四个顶点的颜色，自动确定四边形内每一个“小方块”的像素颜色

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5、片段（片元）着色器。这里可以进一步处理光栅化后的每一像素的颜色值。此管道是为了让我们有能力修改光栅形成的每一个像素点颜色值。

6、逐片断处理：光栅化的输出是一系列片段（Fragments，这些片断可能经过片元着色器处理），片段被称为“准像素”，不同片段，对于的像素有重合的情况，需要处理成一个像素（这里可能会通过深度测试丢弃其中一个，或者混合等方式）。最终通过所有处理的片断将被写入FrameBuffer用于最终屏幕显示。逐片断处理过程如下图：

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其中深度测试、混合都是发生在这阶段。

以上的过程有个大概了解就好，暂不影响后面的阅读和代码的实现。在你深入学习了OpenGL后，再回来看上面的管线流程，会有更好的收获。

OpenGL现在是可编程的了。其中的顶点着色器和片段（片元）着色器就是可编程管道。后面还会运用到这两个着色器。

想深入了解OpenGL渲染管道，可查阅：https://blog.csdn.net/cjneo/article/details/50538033

上文提到的3D图形对应书籍为：

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https://www.jb51.net/books/403010.html