graphics rendering pipeline（圖形渲染管線）
graphics rendering pipeline（圖形渲染管線 or the pipeline 管線）是實時圖形學的核心，主要功能是根據給定的虛擬攝像機、three-dimensional object（三維物體）、光源以及其他來生成或者渲染一個二維圖像。
一、architecture（架構）
圖形渲染管線包含幾個階段（stages），而每個階段又包含幾個任務（tasks），各個階段並行（parallel）執行，且每一個階段依賴於前一個階段的結果。4個主要階段：application（程序）、geometry processing（幾何處理）、rasterization（光柵化）和pixel processing（像素處理）
二、應用程序階段
開發者對應用程序有完全的控制權，CPU中執行（execute），可以完全自行決定實現方式，此階段的算法可以提高後續階段的性能。一些應用程序也可以在GPU中使用一個單獨的模塊——computer shader（計算着色器）。應用程序階段輸出是渲染圖元，數個處理核心並行執行——超標量結構（superscalar construction）。碰撞檢測（collision detection）、加速算法（acceleration algorithms）
三、幾何處理階段
幾何處理階段在GPU中發生，分成4個功能階段：vertex shading（頂點着色）、projection（投影）、clipping（裁剪）、screen mapping（屏幕映射）
3.1vertex shading
vertex shading有兩個任務：計算頂點的位置和計算想要的輸出數據（normal and texture coordinates 法線和紋理座標）。傳統上，物體的陰影計算：在頂點位置和法線上應用光線方程。物體顏色只存儲在頂點上，三角形顏色使用頂點插值得到。可編程的頂點處理單元也叫做vertex shader（頂點着色器）。現在，GPU的發展，頂點着色器變得通用，不用計算着色方程，設置與頂點關聯的數據（頂點動畫）。
3.1.1頂點位置的計算
一組座標系：
模型座標（model coordinate ），模型完全沒有變換，每個模型都可以和一個模型的轉換相關聯；
世界座標（world coordinate or world space 世界空間）：世界座標唯一
視圖轉換（view transform）目的將世界座標轉換成觀察空間（view space or camera space相機空間），將攝像機放置於原點，朝向向上。在攝像機視野中的物體纔會被渲染。
3.1.2輸出類型計算
真實場景包含內容：渲染對象的形狀和位置以及外觀（材質、燈光）
shading（着色）：決定光照對材質的影響的操作，包含計算不同點的着色方程，計算階段：集合處理和像素處理。頂點會存儲各種材質數據：點的位置、法線、顏色值
單位立方體（the unit cube or canonical view volume 標準觀察體積）（-1，-1，-1）到（1，1,1）的單位立方體
3.2投影
投影有兩種：orthographic projection（正交投影or parallel projection平行投影）和 perspective projection （透視投影）
正交投影：變換後的平行線依舊平行
透視投影：模擬人類的感知，物體離攝影機越遠，投影后物體就越小
投影之後，z座標存儲在z緩存中，不存儲在圖像中，模型從三維變成二維
3.3可選頂點處理
在投影之後，GPU中有幾個可選的頂點處理：tessellation（細分）、geometry shading（幾何着色）、stream output（流輸出）
細分：使用合適數量的三角形生成曲面（curved surface），細分將patch（小片）頂點集轉換成更大的頂點集，從而創建三角形集合。
細分階段包含一系列階段：hull shader（殼着色器）、tessellator（細分器）、domain shader（域着色器）
幾何着色器：將各種圖元的輸入轉換成頂點
流輸出：將頂點輸出爲數據進一步處理
3.4裁剪
只有部分體積位於觀察空間類的對象將進行裁剪。圖元在單位立方體上進行裁剪，新頂點會代替就頂點。裁剪使用投影生成的4值齊次座標。幾何階段的最後一步將座標轉換成窗口座標（window coordinate）
3.5屏幕映射
經過剪裁的圖元會傳遞到屏幕映射階段，屏幕映射負責在屏幕上尋找座標，圖元的x和y座標會轉換成屏幕座標。屏幕座標和z座標叫窗口座標。z座標會重新映射爲z座標。窗口座標和重新映射的z座標會傳遞到光柵階段。
OpenGL支持笛卡爾座標系，左下角爲原點，DirectX有時左上角爲原點
四、rasterization（光柵化）
光柵化的目標是找到圖元內的所有像素簡稱圖片像素。光柵階段有兩個子階段：triangle setup（三角形設置 or primitive assembly 圖元裝配）和triangle traversal（三角形遍歷）。
光柵化也叫scan conversion（掃描轉換）將屏幕空間的頂點和與頂點相關的着色信息轉換爲屏幕上的像素。
如何判斷三角形是否和像素重疊，可以使用點採樣的方法。最簡單的是單點採樣，像素的中心位於三角形內側被認爲處於三角形內。以及supersampling（超級採樣）或multisampling antialiasing（多重採樣抗鋸齒）每一個像素多於一個採樣。另一種方式的使用保守光柵化，像素有部分在三角形內側就認爲像素在三角形內
4.1triangle setup（三角形設置）
計算三角形的各種數據，三角形微分、方程、以及幾何階段生成的陰影數據的插值，這些都有硬件完成。
4.2triangle traversal（三角形遍歷）
中心被三角形覆蓋的像素會生成一個fragment（片段）。尋找三角形內的採樣或像素叫做三角形遍歷
五、像素處理
像素處理階段分成兩個子階段：pixel shading（像素着色）和merging（合併）。像素處理是針對在圖元內的像素或採樣，是每一個像素和每一個採樣的計算
5.1像素着色
任何逐像素計算都在此階段進行。使用專門的硬件完成，GPU。將經過插值的着色數據作爲輸入，最終結果是一個或多個顏色傳遞給下一個階段，最重要的是texturing（貼圖）
5.2merging（合併）
每一個像素的信息都存在顏色緩存中，合併階段的任務是將像素着色階段生成的fragment（片段）顏色和當前存儲在緩存中的顏色想結合。這一階段也叫做ROP，raster operations pipeline（光柵操作管線 or render output unit 渲染輸出單元 ）
合併階段解決可見性問題（沒有看懂）
stencil buffer（模板緩存）：記錄被渲染圖元的位置的一種離屏緩存，每個像素8位。
frame buffer（幀緩存）：包含系統中的所有緩存
當圖元到達光柵階段，從攝像機角度可見的圖元就會顯示在屏幕上，屏幕顯示顏色緩存中的顏色。
爲了避免人眼能夠看清楚繪製過程，使用double buffer（雙緩存）back buffer和front buffer，一個不顯示繪製，一個顯示，然後交換。