圖形系統

一個計算機圖形系統首先是一個計算機系統，隱藏，它必然包含一個通用計算機系統的所有部件。
圖形系統包含6個主要元素：

1. 輸入設備
2. 中央處理單元（CPU）
3. 圖形處理單元（GPU）
4. 存儲器
5. 幀緩存
6. 輸出設備
   下圖描述了計算機圖形系統的結構：
   

CPU

當我們使用鼠標和鍵盤將圖形數據輸入時，數據將會移交給系統的中央處理單元（CPU）來處理。處理器要完成的圖形處理功能主要是獲取由應用程序生成的圖元（比如線、圓、多邊形）的屬性，併爲幀緩存中的像素賦值，以最佳地表示這些圖元。

GPU

今天，幾乎所有的圖形系統都已經使用了專用的圖形處理單元（GPU），它是專門用來完成圖形處理功能的。GPU可以在系統的主板上或者圖形卡中。

幀緩存

實際上，所有的現代圖形系統都是基於光柵的。在這樣的圖形系統中，我們在輸出設備上看到的圖像是一個由圖形系統產生的圖形元素組成的陣列，圖形元素也叫像素，像素陣列也稱爲光柵。
這些像素都保存再一個稱爲幀緩存的存儲區域中。幀緩存可以看出是圖形系統的核心元素。幀緩存中的像素的數目叫作分辨率，它決定了從圖像中可以分辨出多少細節。
幀緩存中會存儲很多的信息：像素的顏色值，深度信息，精度信息等。

圖形繪製流水線

在一個輔助的場景裏，可能會使用數千甚至數百萬個頂點來定義對象。爲了生存存儲在幀緩存中的圖像，必須以相似的方式來處理這些頂點。我們就需要一條標準的流水線過程，通過模型的幾何數據生成所需要顯示的像素需要四個主要步驟：

1. 頂點處理
2. 裁剪和圖元組裝
3. 光柵化
4. 片元處理

頂點處理

這個模塊的主要功能是執行座標變換。這個模塊也計算每個頂點的顏色值並改變每個頂點的其他屬性。
在成像國產中，有許多步驟可以看成是對象在不同座標系下表示之間的變換。比如從被定義的座標系下面轉換到照相機座標系（觀察座標系），不管是在觀察座標系下的還是在圖形軟件使用的其他座標系下的，最終必須轉換成再顯示座標系下的表示。座標系的每一次變換都可以用一個矩陣表示。座標系的多次變換可以表示爲矩陣的相乘或者級聯，於是多個矩陣通過相乘就合併爲一個矩陣。

裁剪和圖元組裝

因爲成像系統不可能一次對整個場景成像，基於這個顯示，必須進行裁剪。
裁剪必須針對逐個圖元進行，而不是針對逐個頂點。這樣，在繪製流水線的這個階段裏，在裁剪執行之前，必須吧頂點組裝成像線段和多邊形這樣的圖元。所以，這個階段的輸出是一些其投影可以被成像的圖元。

光柵化

由裁剪模塊得到的圖元仍然是用頂點表示的，爲了生存幀緩存中的像素還必須做進一步處理。光柵化模塊對每個圖元輸出一組片元。我們可以把片元看成是攜帶相關信息的潛在像素，片元所攜帶的信息包括它的顏色和位置，使用這些信息來更新幀緩存中的對象位置的像素。

片元處理

繪製流水線的最後一個模塊利用光柵化模塊生成片元來更新幀緩存中的像素。