基礎篇（一）

圖形程式設計硬體：
歷史：圖形程式設計硬體誕生自2003年，簡稱為GPU程式設計

支援功能：
1.支援頂點和片段的可程式設計能力
2.支援IEEE32位的浮點運算（IEEE32是國際電工委員會置頂的浮點書表示方式，主要內容是用四個位元組來表示浮點數，可以表示的資料的負數範圍是(-2*2)^128~-2^127,2^-127~2*2^128）
3.支援四元向量和四階矩陣
4.提供分支和迴圈的控制語句
5.具有高頻寬的記憶體處理能力
6.支援1D,2D,3D的紋理查詢和使用能力，而且速度非常塊
7.支援繪製到紋理功能

GPU和CUP的關係:
GUP具有高並行的結構，所以在處理圖形資料和複雜演算法比CUP更加有效率。

為什麼GPU不能代替CPU?
因為在GPU上我們無法處理資料之間的相關性的演算法，簡而言之，我們在書寫C#程式的時候可以很輕鬆的處理資料與資料之間的關係，而在Shader上我們則沒法實現，因為shader上面的每個屬性都是獨立的。

GPU圖形渲染管線：
圖形渲染管線描述GPU的渲染流程：給點視點，三維物體，光源，光照模型和紋理等元素，如何繪製一個2D的圖形。
圖形渲染管線分為三個階段：應用程式階段，幾何階段，光柵階段

應用程式階段：
主要使用高階的程式語言進行開發，例如C，C++等
輸出：通過資料匯流排，把幾何體的資料（頂點座標，法向量，紋理座標，紋理等）傳送到圖形硬體。

幾何階段：
輸入：應用程式末端輸出的內容
負責任務：頂點座標變換，光照，裁剪，投影以及螢幕對映
輸出：經過變換和投影之後的螢幕座標，顏色，以及紋理座標。

問題：為什麼需要對三維空間的頂點進行座標空間的變換呢？
答：其實輸入到計算機當中的是一系列的三維座標的點，但是我們看到的螢幕是一個二維座標的點，所以需要轉換。

座標空間型別：ObjectSpace模型空間-WorldSpace世界空間-EyeSpace觀察空間-ClipAn’dProjectSpace螢幕空間

圖中，我們的物體是O,他有一個自己的座標系，就是物體座標系（ObjectSpace）。
第一步：我們需要先把物體上的頂點座標轉換到世界座標系（WorldSpace）中，這個部分我們需要乘一個矩陣，在Unity中這部分我們一般需要左乘矩陣（_object2world）,這時我們拿到的頂點座標就是世界座標系的物體座標！

第二步：我們需要把世界空間的座標轉換到我們眼睛所在的座標系，這樣才能共人眼看到，當然，在軟體裡面，人眼的代表就是攝像機，我們都知道人眼只能看到一個方向，而且太遠的地方和太近的地方看不到，那麼我們就可以用視角，視線方向，遠近裁剪平面來模擬一個視錐體。

在這個視錐體之外的所有東西都將要被裁剪，因為程式認為它是不可見的。在這個部分，我們會為每個頂點確定一個深度。

單位立方體：對角頂點分別是（1，1，1）和（-1，-1，-1）也被稱為規範立方體（CVV）。
CVV的近平面（梯形的較小的平面）對應的是螢幕座標的xy座標，z對應的就是深度。
1，我們通常所說的投影就是透視變換矩陣把頂點從視錐體變換到CVV中。
2，在CVV中進行裁剪
3，螢幕對映，講上邊所得到的座標對映到螢幕座標系當中
投影：有平行投影和透視

圖元裝配：
輸入：頂點的資訊
含義：將頂點根據原始的連線關係，還原出網格結構。
這一階段會得到很多的小三角形，關於三角形頂點的順序：我們用右手法則來確定三角形的法向量，如果該向量朝向視點（法向量與到視點的方向點積為正），則這一面是正面，一般頂點按照逆時針排列，一般背面我們是看不到的，就會進行剔除操作，原因是為了減少頂點個數。
裁剪演算法：視域剔除，背面剔除，遮擋剔除，視口裁剪
這一過程得到一堆在螢幕座標系中的三角形面片。

光柵化階段：
決定哪些畫素被幾何圖元覆蓋的過程。
輸入資料：螢幕座標系的頂點值以及我們需要繪製的圖元
階段一：將頂點以及繪製的圖元（線，面）對應到相應的畫素座標
階段二：片段操作，在更新幀快取之前
a.消除遮擋面
b.紋理操作，根據畫素的紋理座標，查詢對應的紋理值
c.混色，根據目前已經畫好的顏色與正在計算的顏色透明度，混合兩種顏色作為新的顏色輸出。
為了在場景中繪製透明物體，通常都需要對物體進行排序，首先繪製不透明物體，然後，在不透明物體的上方，對不透明物體進行由後到前的順序進行混合處理。
圖形過濾器：講正在計算的顏色通過某種濾鏡之後輸出
最後將顏色寫入幀快取！

三種語言：
Opengl的GLSL
Dirrect3D的HLSL
NVIDIA的CG

為什麼我們的unity中要使用CG語言？
因為CG編寫的程式可以同時相容Opengl和Direct3D兩種平臺，恰巧我們unity製作需要支援多種平臺。

GPU上的兩個元件：
可程式設計頂點處理器和可程式設計片段處理器
頂點和片段著色器擁有強大的平行計算能力，擅長不高於4階的矩陣運算，片段著色器還支援高速的紋理查詢能力。
頂點著色器：
輸入：GPU前端模組提取圖元資訊（頂點位置，法線向量，紋理座標（uv））等
操作：頂點座標空間轉換，法向量空間轉換，光照計算等（現在光照計算一般在片段著色器，比較細），然後將計算好的資料傳入指定暫存器中
片段著色器：
輸入：頂點著色器傳入的資料
操作：光照計算，uv擾動，紋理取樣等，最後輸出當前片段的顏色給光柵化階段（片段著色器是對每個獨立的顏色進行操作的）

片段和畫素的區別：所謂片段是所有三位定點在光柵化之後的資料集合，這些資料還沒有經過深度值比較，而螢幕顯示的畫素都是經過深度比較的。