详解Unity3D Shader开发之渲染管线
笔者介绍：姜雪伟，IT公司技术合伙人，IT高级讲师，CSDN社区专家，特邀编辑，畅销书作者，国家专利发明人;已出版书籍：《手把手教你架构3D游戏引擎》电子工业出版社和《Unity3D实战核心技术详解》电子工业出版社等。
Shader编程对于图形学渲染来说非常重要，为了让读者理解Shader编程的原理，文章会结合着可编程流水线原理与Shader编程一起给读者介绍，游戏场景中的物体渲染都是基于可编程流水线实现的，大家可以想象一下游戏开发使用的是美术制作的3D模型然后将其加入到游戏场景中进行渲染，其实就是把绘制的3D物体通过可编程流水线绘制在2D的屏幕上的过程，为了能让读者真正的了解其实现原理，下面文字会结合着图片一起讲解，首先介绍流程图如下所示：
图中流程是将3D模型通过渲染绘图管线处理也就是中间显示的黑盒子，最后在屏幕上绘制出2D图片。接下来给读者介绍渲染管线流程，它可以细分为：顶点处理，面处理，光栅化，像素处理，图示如下所示：
先介绍渲染管线的中的顶点处理，顶点处理就是通过一系列的坐标系转换，将模型的顶点在摄像机前进行位移，并最终将模型投影到摄像机的屏幕上。坐标系的流程图如下所示：
这一系列变换会涉及到各个坐标系中的矩阵变换，再将顶点变换给读者完整的展现一次，效果如下所示：
在这一阶段包括顶点的坐标变换、逐顶点雾化、材质属性和光照属性处理。接下来介绍面处理，面处理主要包括：
面的组装，面截取，面剔除，整个流程如下所示:
以3D模型为例，3D模型就是有点组成的，然后程序将点连成线，然后对其进行裁剪处理。在3D中模型的组装方式有很多种，效果如下所示：
这些点和线的绘制在DX中都有现成的接口调用。点线绘制完成后接下来开始对面进行剔除操作，在使用Unity开发中使用摄像机使可以很容易观察到物体的裁剪，效果如下所示：
面剔除完成后，接下来就需要进行光栅化操作了，先把效果图给读者展示一下：
其实在进行光栅化操作时，我们显示的物体都是有材质渲染的，这就涉及到像素处理，像素处理主要包括：对每个像素区域进行着色，对像素贴上贴图，最后形成最终的画面。
讲了这么多，我们需要知道面剔除操作是在渲染管线的哪个部分进行的，将渲染管线中的处理细化一下，效果如下所示：
渲染管线的流程是在GPU中进行的，展示效果如下所示：
如果读者使用DirectX开发过Demo，对3D调用接口应该比较熟悉，下面结合着图片把在CPU中调用的接口对应到GPU使用的接口，展示效果如下所示：
渲染管线主要分为四个步骤：顶点变换，图元装配，光栅化，像素处理，再结合着图片给读者介绍如下：
Shader编程主要是分为两部分：一部分是顶点处理，一部分是像素处理。
顶点处理：
顶点渲染的作用是对三维图元的顶点进行坐标变换和光照计算，生成可用于渲染到投影空间的顶点坐标、颜色和纹理坐标。顶点渲染就是定义了一系列针对顶点的渲染指令或渲染语句，当Direct3D处理图元顶点时，自动使用这些渲染指令或者渲染语句对每一个顶点逐一进行处理，完成顶点数据的处理工作。
像素处理：
对每个像素的颜色斤西瓜混合纹理采样，包括迭代颜色和纹理坐标、纹理采样以及将纹理采样与灯光和材质的颜色进行混合。比如：Alpha测试、深度测试、模版测试、计算每个像素的雾化值、Alpha混合等。