graphics rendering pipeline（图形渲染管线）
graphics rendering pipeline（图形渲染管线 or the pipeline 管线）是实时图形学的核心，主要功能是根据给定的虚拟摄像机、three-dimensional object（三维物体）、光源以及其他来生成或者渲染一个二维图像。
一、architecture（架构）
图形渲染管线包含几个阶段（stages），而每个阶段又包含几个任务（tasks），各个阶段并行（parallel）执行，且每一个阶段依赖于前一个阶段的结果。4个主要阶段：application（程序）、geometry processing（几何处理）、rasterization（光栅化）和pixel processing（像素处理）
二、应用程序阶段
开发者对应用程序有完全的控制权，CPU中执行（execute），可以完全自行决定实现方式，此阶段的算法可以提高后续阶段的性能。一些应用程序也可以在GPU中使用一个单独的模块——computer shader（计算着色器）。应用程序阶段输出是渲染图元，数个处理核心并行执行——超标量结构（superscalar construction）。碰撞检测（collision detection）、加速算法（acceleration algorithms）
三、几何处理阶段
几何处理阶段在GPU中发生，分成4个功能阶段：vertex shading（顶点着色）、projection（投影）、clipping（裁剪）、screen mapping（屏幕映射）
3.1vertex shading
vertex shading有两个任务：计算顶点的位置和计算想要的输出数据（normal and texture coordinates 法线和纹理座标）。传统上，物体的阴影计算：在顶点位置和法线上应用光线方程。物体颜色只存储在顶点上，三角形颜色使用顶点插值得到。可编程的顶点处理单元也叫做vertex shader（顶点着色器）。现在，GPU的发展，顶点着色器变得通用，不用计算着色方程，设置与顶点关联的数据（顶点动画）。
3.1.1顶点位置的计算
一组座标系：
模型座标（model coordinate ），模型完全没有变换，每个模型都可以和一个模型的转换相关联；
世界座标（world coordinate or world space 世界空间）：世界座标唯一
视图转换（view transform）目的将世界座标转换成观察空间（view space or camera space相机空间），将摄像机放置于原点，朝向向上。在摄像机视野中的物体才会被渲染。
3.1.2输出类型计算
真实场景包含内容：渲染对象的形状和位置以及外观（材质、灯光）
shading（着色）：决定光照对材质的影响的操作，包含计算不同点的着色方程，计算阶段：集合处理和像素处理。顶点会存储各种材质数据：点的位置、法线、颜色值
单位立方体（the unit cube or canonical view volume 标准观察体积）（-1，-1，-1）到（1，1,1）的单位立方体
3.2投影
投影有两种：orthographic projection（正交投影or parallel projection平行投影）和 perspective projection （透视投影）
正交投影：变换后的平行线依旧平行
透视投影：模拟人类的感知，物体离摄影机越远，投影后物体就越小
投影之后，z座标存储在z缓存中，不存储在图像中，模型从三维变成二维
3.3可选顶点处理
在投影之后，GPU中有几个可选的顶点处理：tessellation（细分）、geometry shading（几何着色）、stream output（流输出）
细分：使用合适数量的三角形生成曲面（curved surface），细分将patch（小片）顶点集转换成更大的顶点集，从而创建三角形集合。
细分阶段包含一系列阶段：hull shader（壳着色器）、tessellator（细分器）、domain shader（域着色器）
几何着色器：将各种图元的输入转换成顶点
流输出：将顶点输出为数据进一步处理
3.4裁剪
只有部分体积位于观察空间类的对象将进行裁剪。图元在单位立方体上进行裁剪，新顶点会代替就顶点。裁剪使用投影生成的4值齐次座标。几何阶段的最后一步将座标转换成窗口座标（window coordinate）
3.5屏幕映射
经过剪裁的图元会传递到屏幕映射阶段，屏幕映射负责在屏幕上寻找座标，图元的x和y座标会转换成屏幕座标。屏幕座标和z座标叫窗口座标。z座标会重新映射为z座标。窗口座标和重新映射的z座标会传递到光栅阶段。
OpenGL支持笛卡尔座标系，左下角为原点，DirectX有时左上角为原点
四、rasterization（光栅化）
光栅化的目标是找到图元内的所有像素简称图片像素。光栅阶段有两个子阶段：triangle setup（三角形设置 or primitive assembly 图元装配）和triangle traversal（三角形遍历）。
光栅化也叫scan conversion（扫描转换）将屏幕空间的顶点和与顶点相关的着色信息转换为屏幕上的像素。
如何判断三角形是否和像素重叠，可以使用点采样的方法。最简单的是单点采样，像素的中心位于三角形内侧被认为处于三角形内。以及supersampling（超级采样）或multisampling antialiasing（多重采样抗锯齿）每一个像素多于一个采样。另一种方式的使用保守光栅化，像素有部分在三角形内侧就认为像素在三角形内
4.1triangle setup（三角形设置）
计算三角形的各种数据，三角形微分、方程、以及几何阶段生成的阴影数据的插值，这些都有硬件完成。
4.2triangle traversal（三角形遍历）
中心被三角形覆盖的像素会生成一个fragment（片段）。寻找三角形内的采样或像素叫做三角形遍历
五、像素处理
像素处理阶段分成两个子阶段：pixel shading（像素着色）和merging（合并）。像素处理是针对在图元内的像素或采样，是每一个像素和每一个采样的计算
5.1像素着色
任何逐像素计算都在此阶段进行。使用专门的硬件完成，GPU。将经过插值的着色数据作为输入，最终结果是一个或多个颜色传递给下一个阶段，最重要的是texturing（贴图）
5.2merging（合并）
每一个像素的信息都存在颜色缓存中，合并阶段的任务是将像素着色阶段生成的fragment（片段）颜色和当前存储在缓存中的颜色想结合。这一阶段也叫做ROP，raster operations pipeline（光栅操作管线 or render output unit 渲染输出单元 ）
合并阶段解决可见性问题（没有看懂）
stencil buffer（模板缓存）：记录被渲染图元的位置的一种离屏缓存，每个像素8位。
frame buffer（帧缓存）：包含系统中的所有缓存
当图元到达光栅阶段，从摄像机角度可见的图元就会显示在屏幕上，屏幕显示颜色缓存中的颜色。
为了避免人眼能够看清楚绘制过程，使用double buffer（双缓存）back buffer和front buffer，一个不显示绘制，一个显示，然后交换。