d3d12龙书阅读----d3d渲染流水线

输入装配器阶段

在输入装配器阶段，会从显存中读取顶点与索引这种几何数据，然后根据图形基元的类型，根据索引将顶点组装起来。

d3d中的图形基元

我们来看看几种常见的图形基元类型：

typedef 
enum D3D12_PRIMITIVE_TOPOLOGY_TYPE
    {
        D3D12_PRIMITIVE_TOPOLOGY_TYPE_UNDEFINED	= 0,
        D3D12_PRIMITIVE_TOPOLOGY_TYPE_POINT	= 1,
        D3D12_PRIMITIVE_TOPOLOGY_TYPE_LINE	= 2,
        D3D12_PRIMITIVE_TOPOLOGY_TYPE_TRIANGLE	= 3,
        D3D12_PRIMITIVE_TOPOLOGY_TYPE_PATCH	= 4
    } 	D3D12_PRIMITIVE_TOPOLOGY_TYPE;

我们可以看到可以把图形基元设置为未定义、点、线、三角形与控制点

索引

根据索引我们可以将顶点按照一定的顺序组装成一个个图形基元，如上图所示。
使用索引占用的内存小，并且可以利用重复的顶点数据,大大降低了内存的使用，提高效率

顶点着色器阶段

在硬件中顶点着色器执行的工作可用如下的伪代码表示：

顶点着色器 可对顶点的位置进行空间变换，也可以实现其它的特效
本章只讨论了空间变换

局部空间到世界空间

每个物体对应一个局部坐标系
当我们需要在不同的场景下绘制物体 或者在一个场景多次以不同的方式绘制同一个物体
这样我们就可以使用不同的世界矩阵来将变换物体

世界空间到观察空间

观察空间 也就是摄像机对应的视椎体 从世界空间转换到观察空间 我们需要对坐标轴进行变换：

我们需要利用摄像机的朝向得到w向量
利用世界坐标系向上的向量j 叉积得到 u向量
最后再 w 与 u的叉积得到v向量 从而得到变换矩阵
d3d中也为我们完成了上述矩阵的推导函数：

观察空间到裁剪空间

在观察空间中 我们需要进行投影 将3d转换为2d
我们假设视椎体的垂直视场角\(\alpha\) 纵横比r 以及近平面n 与远平面f
更进一步地 我们假设投影平面的高为2 这样宽就为2r

利用相似关系 我们可以得到x y 的变换 同时我们也要保留z坐标 用于深度的判断
由于我们还需要对z坐标进行归一化 所以我们在对xy进行变换的同时 需要保留z坐标的值 我们可以使用第四维w来保存z
这样我们分析得到的初始矩阵如下：

在d3d中，我们需要将z坐标投影到0--1的范围 在opengl中则是-1----1，所以我们可以得到两个等式来求出上图中未求出的A 与 B：

我们还可以对z的这种非线性变换作分析 画出图像可知 绝大多数的深度值都被映射到较小的区域 这可能会对深度缓冲区的精度要求过高 导致无法区分两个深度值
所以我们要尽可能的让近平面与远平面相差较大

裁剪空间到NDC空间

在裁剪空间完成 裁剪之后 我们进行透视除法 除以深度值 即进入NDC空间

曲面细分阶段

曲面细分是在渲染过程中可选的一阶段
它会将mesh中的三角形进行细分，增加三角形的数量，同时让三角形的位置适当偏移，呈现出更多的细节。
为什么要使用曲面细分？
首先，我们可以让近处的三角形，也就是离摄像机更近的三角形得到更加丰富的细节，而远处的三角形看不清则不做更改。
其次，我们在内存中只维护三角形数量较少的low-poly低模网格，再根据需求为其添加三角形，这样可以节省内存资源
最后，我们在进行动画与物理模拟时，使用低模网格，在进行渲染时采用高模网格。
在d3d11之前，曲面细分是在cpu端进行的，再将新的三角形上传给gpu，而现在已经提供了一组api，可以在gpu端直接实现曲面细分。

几何着色器阶段

几何着色器也是一个可选渲染阶段
它的输入是一个基本图元，输出是将该图元拓展为其它多个图元，或者销毁图元，主要起到销毁或者创建几何体的作用

光栅化阶段

光栅化的主要目的是为投影到屏幕上三角形计算出对应的像素颜色

视口变换

从NDC空间到屏幕空间 将xy转换为以像素为单位

背面剔除

观察上述两个三角形
如果我们假设三角形三个顶点的顺序是v0，v1，v2 计算：
e1 = v1 - v0
e2 = v2 - v0
这两个向量的叉积 如果是如上图左边那个三角形向外的 我们就认为是正面朝向 反之右边则是背面朝向
而正面朝向的三角形会遮挡住背面朝向的三角形

上图是2d情形下的遮挡 从观察点看向该对象 背面朝向的三角形不可见

上图是3d情形下的遮挡 左边是完全透视情况下 右边是实体模式 正面三个面把背面三个面挡住了

顶点属性插值

利用透视校正插值 利用三角形三个顶点的属性 插值得到内部像素的属性

像素着色器阶段

像素着色器 是对输入的每个像素 根据顶点属性插值 计算出像素颜色 同时也能实现反射 阴影等更复杂的效果

输出合并阶段

在输出合并阶段 一些像素可能会被丢弃 比如未通过深度测试或者模版测试 然后剩下的像素会被写入后台缓冲区 在此过程中可能会经过blend操作