GPU是怎么生成图像的，具体过程是啥？

kirin77 · 发表于 2023-2-10 21:36

百度上都是复制粘贴，说法也不统一，就很烦

Ilingis · 发表于 2023-2-10 21:39

简单点说，游戏中的所有物体基本都是三角形组成的，这些三角形通过一个矩阵变换(透视变换，让产生近大远小的效果)，映射到屏幕的二维坐标，这些二维化的三角形通过光栅化（相当于填充三角形内部的像素）获得三角形的每个像素，每个像素再通过纹理贴图(三角形有了颜色效果)，就最终生成了你看到的屏幕上的效果

maltadirk · 发表于 2023-2-10 21:47

如果你是指三维空间的物体怎么变换到屏幕上，那么我可以概括如下：
假设现在有一个空间三角形需要投影到屏幕上。
这个过程涉及到摄像机的位置和方向，摄像机的内参（如焦距），三角形的位置。一旦这些变量确定，如果三角形在摄像机视野范围内，那么你可以在摄像机屏幕上得到一个三角形的投影。投影方法可以简单的理解为，连接空间点和摄像机的位置得到一条直线，这条直线和屏幕的交点就是投影点。
关于如何用像素把这个三角形表示出来（称作光栅化）。其实就是判断一个点是否在三角形内，如果在三角形内，那么这个像素需要被着色。着色方法可以使用插值实现。

XGundam05 · 发表于 2023-2-10 21:52

一、先介绍下图像在计算机的表现方式：
1、在计算机中（pc和移动），图像一般认为是一个二维数组，比如经常说的1080p(一般指分辨率为1920x1080这么个矩形的二维数组，单位是像素)；
2、一个像素一般由RGB三基色组成（红绿蓝三基色，可以通过配比调制出各种颜色）。
3、所以你的问题现在是不是可以理解为：GPU是如何生成一张每个像素点是RGB三基色的二维举证
二、紧接着，说下GPU生成图像的一种典型思路
1、首先，如果你对内存了解的话，这小点就略过，计算机中，一般一张图像是存在内存里面的，一般RGB是24bit的，也就是3个byte（当然还可以用其他更丰富的表示方法）。所以一张RGB24的裸数据图像需要大约6m的内存来存储。
2、为了生成这样一张图像，简单的一个思路是每个像素设定一个坐标，然后给每个坐标填充数值。上面讲到的RGB3个字节，一个字节是8bit，能用来表示0-255的数值，所以填充的时候假设三个字节分辨填255,0,0。那么这个像素就是红色了（一般液晶屏上面每个像素有三个很小的发光管，三个基色就可以组合成不同的颜色）。
3、宏观上来说，GPU其实可以认为有几百甚至上万个简单的cpu核心组成的。事实上也是这样的，只不过在实现的细节非常复杂（为了跑得快，又省电）。
4、所以GPU就是同时可以操作几百上万个像素。这是就需要算法参与进来了。一般算法会根据输入的数据，根据不同的坐标，然后计算出一个像素（或者多个像素）。
5、例如，如果是生成一张颜色渐变的图像，其实就是根据坐标就能实现了，每一列的颜色渐渐变化就能生成了。
三、跟CPU的区别
1、CPU也可以生成图像，只不过在很多场合，CPU处理图像的能力比较弱，所以就衍生出来了专用的图像处理模块，被称为GPU。
2、CPU在逻辑控制上比较强大，而GPU为了实现同时几百个核同时跑，所以每个核都更注重计算能力，逻辑控制能力很差。比如说：如果a大于b，显示红色像素，如果a小于b，显示蓝色；如果a等于b，显示绿色。这个；逻辑在CPU上处理比较快，因为CPU只处理其中一种情况；但是在GPU里面是三种情况都处理，然后选择一个结果。
3、所以CPU和GPU只不过是各自有各的优劣势而已。
四、GPU的编程实现图像
1、为了实现二的思路方法有很多。因为软件开发发展很快，目前业内比较多的GPU编程方式主要有几种工业标准接口：OpenGL/ES，OpenCL，metal，vulkan，directx等。但是说白了，这些只不过是抽象了一个层面，叫做应用程序开发接口(API)。
2、无外乎，GPU生成图像最终还是归结为ALU（计算单元）用于计算算法，寄存器用于存储临时结果；内存用于存储最终结果，所以GPU生成图像的本质就是根据一个公式，生成不同的像素，通过像素组合成一张图案。
3、当然，为了加速这些实现GPU可能会引入各种各样的加速模块。但是说白了还是由计算单元和存储组成的专一小模块。
五、上述讲到的图像是以裸数据为例
1、如果图像最终要通过网络，u盘等介质进行传播的话，需要对那个二维数据进行封装（说白了是加一些头部，让其他计算机也能识别。比如说加一些信息，张图像是1920x1080个像素，每个像素是3个字节组成等等）和压缩（为了减少存储）
希望对你有帮助。

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