DX11(五)：简易渲染流水线总结

06/05/2020

图解

输入装配阶段（Input Assembler）IA

输入装配器（IA）阶段会从显存种读取几何数据（顶点和索引，vertex and index），再把它们装配为几何图元（geometric primitive，三角形，线条等等）

• IASetVertexBuffer 顶点
• IASetPrimitiveTopology 图元
• IASetInputLayout 顶点布局
• IASetIndexBuffer 索引

顶点的意义

一开始我们想到顶点坐标，代表着顶点的空间位置，但是它还可以其他意义

• 为顶点添加法向量，以实现光照效果
• 为顶点添加纹理坐标，以实现纹理贴图
  Direct3D为用户提供了自定义顶点格式，即定义顶点结构体种的分量

顶点缓冲区和图元拓扑（primitive topology）

顶点缓冲区利用连续的内存来存储一系列顶点，图元拓扑可以解释为每两个顶点组合一个线段，还是没三个顶点组合一个三角形等等

顶点着色器阶段（VS）

顶点着色器看作一种输入与输出数据为单个顶点的函数，每个要绘制的顶点都须经过顶点着色器的处理再送往后续阶段，如

// =====>  输入到输出
for(UINT i = 0;i<numVertices;++i)
{
	vOut[i] = VertexShader(vIn[i]);
}

作用

• 变换
• 光照
• 纹理贴图
• 等等

注意: 顶点着色器不但可以访问输入的顶点数据，也能够访问纹理和其他存于显存中的数据，如变换矩阵与场景的光照信息

世界矩阵

将局部坐标系的坐标转换到全局场景坐标系中的过程叫做世界变换，所使用的变换矩阵叫做世界矩阵

• 缩放 Scale
• 旋转 Rotation
• 移动 Translation
• W = SRT 矩阵相乘，顺序不能错

观察空间

由世界空间至观察空间的坐标变换形成的矩阵叫做视图矩阵（View Matrix）
基本理解为世界矩阵的逆矩阵W^-1, 由于只有位置和朝向的差异，排除缩放，所以最后变为
$V = W^{-1} = (RT)^{-1} = T^{-1}R^{-1}$

DirectXMath 提供的观察矩阵函数

XMMATRIX XM_CALLCONV XMMatrixLookAtLH( //输出视图矩阵
	FXMVECTOR EyePositionm,			   //提供摄像机的位置
	FXMVECTOR FocusPosition,		   //提供观察目标的位置
	FXMVECTOR UpDirection,			   // 世界坐标的上方向，通常为(0,1,0)
);

投影和其次裁剪空间

摄像机在世界坐标的位置和朝向是一部分，还有另一部分关于可观察到的空间体积，此范围可用一个由四棱锥截取的平截头体（frustum，即四棱台），将四棱台体内的3D几何体投影到一个2D投影窗口。

XMMatrixPerspectiveForLH函数

//LH 左手坐标系
//Perspective 透视投影 近大远小
XMMATRIX XM_CALLCONV XMMatrixPerspectiveForLH(
	float FovAngleY,	//弧度制表示的垂直视场角，即Y轴；45度表示四分之一的PI
	float Aspect,		//纵横比 = 宽度/高度
	float NearZ,		//近平面距离
	float FarZ,			//远平面距离
);

光栅化阶段（像素化）

为投影至屏幕的3D三角形计算出对应的像素颜色

视口变换

构成2D图像的2D顶点x,y坐标就会被变换到后台缓冲区中成为视口（Viewport）的矩形里。变换完后，这些x,y坐标都将以像素为单位表示

背面剔除

每个三角形都有两个面，往往背面会被剔除，即不被绘制，通常由顶点顺序来表示正反面

顶点属性差值

通常一个三角形有三个顶点，这些顶点带有颜色，纹理信息，所以，必须精确到内部像素的属性值

像素着色器阶段

• 光照
• 反射
• 阴影

输出合并阶段

• 丢弃一些不合格的像素片段
• 混合操作

DX12 3D游戏开发实战第五章
背面剔除