一、渲染管线

 

 目前为止，我们前几篇的介绍当中已经把一个3D场景转换到2D的过程几乎讲完了，而这么一个过程就被称为Real-time Rendering Pipeline也就是实时渲染管线，也就是一个流水线。其中包括顶点的变换，光栅化，片元操作。其中顶点操作和光栅化都发生于上图对应阶段，而Z-Buffer则在片元操作中，而着色既可以发生在顶点操作阶段也可以发生在片元操作阶段，这里根据选择的着色频率不同而定，详情见上篇文章。

而在一些图形API中如OpenGL可以在硬件层面人为的调整上述所说的顶点，片元的着色操作，而调整所写的代码语言也就是Shader语言，Shader也就是着色器，可以通过Shader人为的在渲染管线中调整可编程的部分来实现各种各样的效果。(常见的着色器语言如：GLSL，Cg，HLSL......)，而需要注意的是，在写Shader过程中并不需要写for循环，因为其中已经默认写好的Shader会对每个像素都操作一遍。

在GPU中，呈现上万的并行操作同时执行来实现渲染在屏幕上画面的效果。GPU每个单独的核心算力并不及CPU，但胜在并行多，也就说当成千上万的像素需要被处理时，GPU要比CPU快的多。并且在硬件层面，许多图形相关计算也已经被写好，完全不用我们自己去写。当然GPU也提供了一些可编程的部分可供开发者自由调整(如我们上面提到的Shader)。

二、纹理映射

当然在片元操作中还有这么一步，叫做纹理映射。纹理，简单的说就是一张图片，他可以贴到物体表面，让物体看上去有更真实的效果。而实际上，它所定义的是模型表面任何一个点它的属性，这里我们理解为漫反射系数/颜色，实际上，它能定义的东西非常多包括法线方向等等。

 

那么，纹理究竟是什么呢？简单的说，任何三维的物体展开之后，它的表面都是一张二维的图，而通过需求去自定义这么一张图(如上面的木头纹理)，贴到物体表面，就是纹理。如上图地球仪和地图的关系。

 

可以将物体表面拉伸压缩，变成一个规则的1x1的图，来存储模型表面上的各种信息，当需要的时候将它贴上去。而对应空间中的每一个三角形，在二维的纹理上都有一个三角形与之对应来决定它 的属性，就是纹理映射。（如上图的模型眼睛部分的三角形映射关系）

上图所示，任何一张纹理都被人们压缩在一个uv坐标中，其中u轴和v轴的范围都是0~1，方便处理，而对应每个三角形的顶点，都有相应的(u,v)坐标与之对应。

 

纹理是可以多次复用的，如一个地面的瓷砖如上图，而为了观感好人们通常在设计纹理的时候，通常会让纹理重复边界的地方处理的很美观，以至于看不出来是重复的生硬贴图，其中有一些算法，感兴趣的朋友可以自行了解。 

 三、总结

本篇着重为大家介绍了纹理映射，我们知道了模型上所有三角形顶点对应纹理上的uv坐标，那么三角形中间的所有点的uv坐标值怎么确定呢？这就需要进行插值运算和重心坐标，而这两部分内容我们下一篇来介绍。

参考：

Lecture 08 Shading 2 (Shading, Pipeline and Texture Mapping)_哔哩哔哩_bilibili