GPU如何“指示”渲染图像？答案

【问题标题】：How is the GPU "instructed" to render an image?GPU如何“指示”渲染图像？
【发布时间】：2020-11-23 01:54:35
【问题描述】：

如果这个问题被关闭了，请告诉我，因为我不想让平台上出现离题的问题！

无论如何，由于我编写了一些代码，我很难找到有关渲染图像时实际发生的情况的信息。

假设我想将数字 5 和 3 相加。CPU 会将 5 写入一个寄存器，将 3 写入另一个寄存器。 ALU 会负责计算并输出 8。没关系，CPU 使用 MOVE 和 ADD 来产生结果。

然而，我没有找到任何信息，当我想绘制一个矩形时发生了什么。大多数编程语言都有可导入的框架，可以让你做到这一点。例如，在 SpriteKit (Swift & Objc) 中，你会写类似

let node = SKSpriteNode(color: .white, size: CGSize(width: 200, height: 300))

并将node 添加到SKScene（只是一个包含childNodes 的场景），然后会“神奇地”渲染一个白色矩形。我想知道的是引擎盖下发生了什么。为什么这个确切的框架可以让你画一个矩形。什么是汇编代码（比如，对于 Intel Core M），它使 GPU 计算出这个矩形的样子？ SpriteKit 如何在 Swift/Objective C 的基础上构建来真正做到这一点（我可以自己做到这一点）吗？

也许是一个奇怪的问题，但我觉得我必须知道（是的，有时我太好奇了）。谢谢。

附：我想要一个非常详细的答案，而不是“CPU '告诉' GPU 绘制一个矩形”——CPU 不会说话！

【问题讨论】：

标签： graphics gpu rendering

【解决方案1】：

渲染凸多边形的方法有很多种。过去最常用的是ScanLine algorithm，您只需将所有圆周线光栅化为左/右缓冲区，然后使用水平线渲染并沿途插入其他坐标（如 z、r、g、b、tx、 ty,nx,ny,nz...)。这适用于基于单线程 CPU 的 SW 渲染。

通过并行化（如在 GPU 上），不同的方法变得更流行。它仅渲染三角形（因此您需要对多边形进行三角剖分）并渲染如下：

计算 AABB

那么简单的最小，最大x,y三角形顶点坐标。
循环通过 AABB

这是并行完成的，由 GPU 插值器完成。每个插值（循环）“像素”称为片段（因为它通常包含的不仅仅是颜色）
对于每个片段

compute barycentric coordinates 并根据结果确定片段是在 (s+t<=1) 内部还是在 (s+t>1) 三角形外部。如果在内部调用片段着色器。

所有这些都在片段着色器阶段之前完成，并且通常所有这些（或大部分）都在硬件中实现，因此无需代码。

如今，GPU 渲染是通过将几何图形传递给 gfx 驱动程序本身来完成的。驱动程序在后台所做的只是对我们的猜测，但很可能它们也只是将几何和配置设置传递到 GPU 上的正确位置（内存、寄存器等）。

【讨论】：