【Shader开发实战】（一）前言，初始游戏图形

RecursiveFrog · 发表于 2023-2-9 17:55

系列文章前言

背景：作为一名游戏开发人员，相信一个游戏团队大部分人都是普通的应用编程，是指挥CPU工作的。目前国内游戏行业，大厂已经入局，游戏产品逐渐精细化，如果产品在渲染上没什么亮点，就很难有竞争力。但是提到渲染，就必然要指挥GPU进行工作，所以团队中就需要有专人负责渲染问题。最基本的特殊效果，如碧波荡漾效果、布料烧毁时的溶解效果、技能释放时的气浪等。虽然Unity这样的引擎有很名资源可用，但有的效果还是需要自己来实现。所以决定开始学习相关的知识，将学习过程中一些思考和总结写成文字进行记录，决定将这些零散的内容整理成文，并集合成系列，将他们系统地记录下来，也希望能对热爱编程的各位有所帮助。
这些文章的原型是学习过程的读书笔记，对本书核心内容的演绎，解刨，精炼与解读，希望自己的这些文章，意在精确的传达作者含义的同时，用更通俗的语言给到各位有所帮助。也正如文章开头所说的，第一次在知乎写专栏，新的开始，希望各位多多指教。有理解不到位地方，还请各路大神多多指点
<hr/>

第一本书【Shader开发实战】

《Shader开发实战》本书深入浅出地介绍了完成一个常见游戏需要的所有着色器技术，并通过实际的代码示例，让读者及时获得反馈，理解了原理后就能灵活运用所学技术创建自己独一无二的渲染效果。作者不拘泥于同类技术书籍的写法，舍弃入门阶段不需要知道的大量枯燥难懂的理论和公式，对初学和进阶开发人员非常友好。例如，在介绍向量运算时，没有搬出数学课本上复杂的点乘、叉乘和除法的定义，而是介绍了向量在图形学中颜色计算的使用方式，简单易懂。浮点数的细节常常能把人转晕，在调试和优化着色器介绍浮点数时，作者也不是采用经典方法，顺着作者的思路能很轻松地理解浮点数引起的精度问题。
先放出这篇文章所涉及内容知识点的一张思维导图，就开始正文。

1.渲染

渲染用一句话说就是“用一组网格数据+颜色数据+场景其他信息（灯光等）创建图像的过程”。渲染创建的图形可以称为渲染帧，用户每秒钟所能看到的渲染帧越多，画面就越流畅，体验就会更好。通常大多数游戏需要达到的基本要求就是每秒30~60帧。游戏代码中，用来负责渲染这部分的代码就可以被称为渲染引擎，例如Unity、Unreal、Godot、Cocos 等等。
2.网格

“一组点、边、面的集合”，点可以连接成边，边可以组成面，面添加颜色看起来就是三维实体。其中网格的面可以是任意的二维形状，但是为了追求速度和简单性，许多游戏引擎都要求对网格进行三角形剖分（只剩下三角形）。顶点有一项重要的属性“顺序”，顺序用于定义面的哪一侧被当成二维形状的“正面”。为什么要区分“正面”和“背面”，是因为通常背面是看不到的，所以需要进行背面剔除的优化，只是可能在部分特殊的复杂场景不需要剔除。（顶点是用向量来定义的）

3.向量

大家都应该在数学课上学习了向量“向量是一个既有方向又有大小的量”。通常，我们在表示一个坐标系上的点的时候，使用 (x, y) 、(x, y, z) 这样的写法，那么这种写法用来表示向量的时候，每个数字都可以被称为向量的分量，有几个数字就有几个分量，就可以说向量是几维向量（在图形中常见的是四维向量 x,y,z,w 向量也常常写为vec3, vec4）。还有一种特殊的向量称为“单位向量”，是一个大小为1的向量，单位向量乘以任意一个数，最终得到的向量长度就是乘以的那个数。
4.计算机图形学中的颜色
说到颜色，最基础的“光学三原色”（RGB）：红、绿、蓝。光学三原色混合后，组成显示屏显示颜色，三原色同时相加为白色，白色属于无色系（黑白灰）中的一种。在程序中，颜色通常被表示为 RGB(255, 0, 0)、RGBA(0.6,0.6,0.6,1.0)、十六进制(#FF0000)。在着色器中，通常使用4分向量（vec4）来储存颜色数据。
5.渲染管线

渲染管线的简化试图

顶点着色器：处理单位是顶点，即对于输入的每个顶点都会调用一次顶点着色器。主要功能将输入的顶点坐标变换到屏幕上应该出现的位置。
形状装配：负责连接刚被处理完成之后的所有顶点数据。
光栅化：GPU计算出装配出来的三角形网格占据了屏幕的哪些像素，并且生成相应的片元。
片元着色器：给所有片元填充颜色。
片元处理：片元测试，通过的片元才能被输出显示。混合，用于渲染透明度效果时，进行颜色混合功能。

这些步骤只是渲染管线的一个简化流程图，实际上还有其他许多复杂步骤和操作，这里不过多的讨论

6.着色器
在GPU上执行的一段代码，核心能力就是允许我们控制管线的关键部分，创建符合我们要求的游戏和应用程序渲染效果。

		自动登录	找回密码
密码			立即注册

【Shader开发实战】（一）前言，初始游戏图形

本帖子中包含更多资源