最近斷斷續續，看了好久的OpenGL，終於有感覺有一點點入門了，渲染過程中，一些之前我很不理解的東西，變得有些清晰了。正如我當年研究CUDA平行計算的時候，從序列思想，到並行程式設計思想的過度，是最難的一步。 對我來說，學習的過程中遇到了一下難以馬上弄通透的問題。 難點1：不知道如何將單個例子，結合成一個完整的渲染引擎 難點2：不能把Shader和CPU的流程聯立在一起，不知道某個資源/資料，是從哪裡來的。就算知道他是什麼時候送到GPU的，也不知道GPU如何定位某個資源/資料。 難點3：難以建立起平行計算的思維方式 難點4：難以理解各種模板如何在多個批次之間發生作用。不能具象的去理解混合，測試的過程。不能夠理解，FrameBuffer的真正含義。 難點5：難以建立起空間想象，不知道矩陣變換，如何將頂點，或其他資料，變換到不同的空間進行統一計算。 難點6：難以理解從Vertex到Fragment是如何過度的。 這有點像學習騎單車，最難得無非是保持平衡，知道保持平衡之後，就能把車子騎起來了。 序列程式設計思想，到並行程式設計思想，最難理解的是，你所執行的程式碼，不是一行行的便利每個畫素或者頂點，沒有先後順序可言，這些操作是“同時”進行的，你的程式碼必須短小，儘量沒有分支，每次分支，都會大大的降低效率，所謂並行，也不是真的並行，而是GPU有很多很多粒度更小的核心，如果說CPU有4-8核的話，那麼GPU則是幾百甚至上千個“小”的核心，當然相對於CPU，他的確是非常非常的“並行”了 你的“小程式”，無論CUDA程式也好，Shader也罷，是相對並行的，在這些很多個的GPU處理器上執行的，而絕大多數情況下，你在這些並行執行的小程式之間，彼此是不知道對方的存在的。彼此之間的資料，對彼此而言，都是"未知數" ——所以你不能直接做後期處理，而是需要先把一部分資料，寫到一個FrameBuffer中區，這樣FrameBuffer裡面的資料作為共享資料，可以供後面執行的並行的小程式（也就是Shader）去獲取，這FrameBuffer裡面的資料，對於每個執行的“小程式”而言，就是可以利用的已知數了，並且通常這個FrameBuffer是隻讀使用的，你需要把計算結果寫入到另一個FrameBuffer中去，比如最終渲染的BackBuffer。 而理解渲染流水線，最難的部分在於，我總是很難理解，那麼多貼圖，那麼多模型，那麼多Shader，要怎麼在OpenGL裡面區分？這亂糟糟的一大堆東西，OpenGL怎麼才能一次畫完。 答案當然是，不可能一次畫完啦。 在引擎中，比如Unity，會在靜態合批，動態批次之後，把待渲染的資源，準備好。當然這個過程也可以是和渲染交替進行的，尤其可以用多執行緒渲染，去解除CPU對GPU的阻塞操作的等待時間，這不是重點，略過。 對於一個批次的資源，一定是公用一個material的,當然他可以有多張貼圖（並且滿足Unity其他的合批條件的，這些暫且不提）假定我們已經和好批次了，那麼接下來，引擎需要多這些東西，在一幀之內“挨個放血”。 OpenGL會先設一些大方向上的規則，比如是否使用深度測試，比如是否開啟模板測試。等等。 接下來要考慮： 我們在VAO中描述頂點是怎樣分佈的。 我們把頂點資料傳入到VBO，提交給GPU。 如果有需要，我們把EBO（頂點快取）也提交給GPU。這樣我們的頂點資料和頂點描述檔案就有了 這樣按照0，1，2，3，4的順序定義了VAO，他是和Shader裡面的描述檔案一一對應的，這樣OpenGL頂點Shader就能知道怎麼去解析VBO中的資料啦。 定義VAO： glGenVertexArrays(1, &quadVAO); glGenBuffers(1, &quadVBO); glBindVertexArray(quadVAO); glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, quadVBO); glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(quadVertices), &quadVertices, GL_STATIC_DRAW); glEnableVertexAttribArray(0); glVertexAttribPointer(0, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 14 * sizeof(float), (void*)0); glEnableVertexAttribArray(1); glVertexAttribPointer(1, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 14 * sizeof(float), (void*)(3 * sizeof(float))); glEnableVertexAttribArray(2); glVertexAttribPointer(2, 2, GL_FLOAT, GL_FALSE, 14 * sizeof(float), (void*)(6 * sizeof(float))); glEnableVertexAttribArray(3); glVertexAttribPointer(3, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 14 * sizeof(float), (void*)(8 * sizeof(float))); glEnableVertexAttribArray(4); glVertexAttribPointer(4, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 14 * sizeof(float), (void*)(11 * sizeof(float))); 對應的Shader的Layout： #version 330 core layout (location = 0) in vec3 aPos; layout (location = 1) in vec3 aNormal; layout (location = 2) in vec2 aTexCoords; layout (location = 3) in vec3 aTangent; layout (location = 4) in vec3 aBitangent; 我們需要為這一個批次準備裝載Shader，其中VertexShader是必須的，而FragmentShader絕大多數情況是必須的，至於幾何Shader是可選的，但是無論如何，每種Shader只能有一個，按照UnityShaderlab的規則，你可以給Shader找一個，甚至幾個備胎，但是同時並且真正生效的Shader，每種只有一個。 這也就解釋了，為什麼合批的條件是，Material必須是相同的。Unity的Materil通常會繫結一個Shader，一個Shader裡面，會包含各種Shader，頂點，幾何，片段Shader，以及他們的備胎。 如果需要繪製貼圖，那麼還需要把貼圖綁上去，依舊是以前遇到的那些問題，那麼多貼圖，我要綁哪張？OpenGL不會搞錯嗎，搞錯啦咋辦？ 答案還是，這個批次用多少張貼圖，就綁多少張貼圖。至於GPU會不會快取貼圖，至於CPU提交一次貼圖要廢多大勁，那個暫時還不用我去操心。 讀取貼圖，快取和管理的過程略掉了，引擎會替我們操這個心。 像這樣 glActiveTexture(GL_TEXTURE0); glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, diffuseMap); glActiveTexture(GL_TEXTURE1); glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, normalMap); glActiveTexture(GL_TEXTURE2); glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, heightMap); Diffuse，發現和高度貼圖就被繫結，並送到GPU了。下一個批次是不是有別的貼圖覆蓋他，那是下一個批次的事情，這次你就不用管了。 在片段程式中，如何把貼圖和這些繫結好的貼圖對相應上呢： 片段Shader中： uniform sampler2D diffuseMap; uniform sampler2D normalMap; uniform sampler2D depthMap; 這樣：CPP中 shader.setInt("diffuseMap", 0); shader.setInt("normalMap", 1); shader.setInt("depthMap", 2); shader是已經封裝好的，不要在意這些細節，注意 0，1，2對應GL_TEXTURE0, GL_TEXTURE1, GL_TEXTURE2，這樣“diffuseMap”，與0號Texture位，與diffuseMap這個儲存貼圖的記憶體空間，就聯立起來了。 當然還有一些其他的uniform資料要傳進去，這都很簡單了，比如光源位置，比如攝影機位置，等等。 當這些東西能夠聯立在一起時，單個批次的渲染就好理解了。 那麼批次之間有沒有什麼聯絡呢？ 有的，比如你先把mask寫入模板，在下一個批次的時候，可以用它來做出一些效果，比如只顯示遮罩中的對應片段。 又如你可以將後寫入的畫素，和之前寫入的做混合，形成半透明效果。 當然你也可以讓他們沒有關聯，比如關掉對應的測試，或者清空對應的快取等等。批次之間既可以保持獨立性，又可以互相有關聯。者通過各種Buffer實現和各種開關實現。 至於先畫什麼，後畫什麼，這又是引擎（在CPU上的）的苦力活了，比如一個比較聰明的做法是先把不透明的東西畫完，然後在按照從遠到近的順序畫半透明的物體。 至於Vertex到Fragment的變換，可以詳細閱讀一下光柵化過程，尤其是相關的插值方法。 當然還有很多深層次的東西，需要我去深入學習，比如Unity引擎，他是如何做到，將這些東西，封裝成可以元件化使用的一個個元件的，Texture拖到Shader上，Shader拖到material上，Material拖到Mesh上，然後渲染Mesh的時候把這一套載入進去。並且一個場景那麼大，是如何分批，分先後去渲染的。 之前我之所以迷茫，很大程度上也是因為，我看過一個一個例子，學了一個一個技巧，就算明白了單個例子是幹什麼用的，但是無法把他們貫穿在一起，真正形成一個“渲染引擎”. 這算個非正式的感悟，等我對OpenGL在深入瞭解之後，等我下一次有頓悟的感覺的時候，我會寫個真正系統的學習總結。