【Unity Shader编程】之图元装配与光栅化

执行方式：自动完成
图元装配自动化流程
顶点坐标存入装配区 → 按绘制模式连接顶点 → 生成完整几何图元
示例：gl.drawArrays(gl.TRIANGLES, 0, 3)自动生成三角形
会自动自动裁剪超出屏幕范围（NDC空间外）的三角形，仅保留可见部分


光栅化

将几何图元转换为屏幕上的片段（Fragment），即潜在的像素候选
在此阶段进行插值计算（如纹理坐标、颜色插值）

光栅化阶段核心步骤详解

一、空间转换阶段

1. 齐次裁剪空间 → NDC空间
   通过透视除法将顶点坐标归一化至[-1,1]范围（OpenGL/Unity）或[0,1]范围（Direct3D）
   x_ndc = x_clip / w_clip，y_ndc = y_clip / w_clip

2. 视口变换
   将NDC坐标映射到屏幕坐标系：

   x_{screen} = (x_{ndc} + 1) * 0.5 * screenWidth 
   y_{screen} = (1 - y_{ndc}) * 0.5 * screenHeight 
   

   保留z值用于深度测试

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二、图元处理阶段
3. 三角形设置

• 输入：屏幕坐标下的三个顶点
• 计算三角形边方程、法线方向
• 构建三角形包围盒（Bounding Box）确定潜在覆盖像素范围

4. 三角形遍历
   • 遍历包围盒内所有像素
   • 通过重心坐标判断像素是否在三角形内：

     α + β + γ = 1 \quad (α,β,γ ≥ 0)
     

   • 生成片元（Fragment）数据

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三、数据插值阶段
5. 属性插值计算

• 使用透视校正插值（Perspective-Correct Interpolation）：

  f = \frac{αf_0/w_0 + βf_1/w_1 + γf_2/w_2}{α/w_0 + β/w_1 + γ/w_2}
  

• 对UV坐标、法线、深度等顶点属性进行插值

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四、优化处理阶段
6. 裁剪与背面消隐

• 视锥体裁剪：剔除屏幕外图元
• 背面剔除：通过三角形法线与视线的夹角判断可见性
  if(dot(normal, viewDir) < 0) cull;

7. 深度测试（Z-Test）
   • 比较片元深度值与深度缓冲区
   • 采用LESS/EQUAL等比较规则决定是否更新像素

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五、像素生成阶段
8. 片段着色处理

• 输入插值后的片元属性
• 执行光照计算（Phong/BRDF等模型）
• 纹理采样与颜色混合

9. 输出合并
   • Alpha混合：finalColor = srcColor * alpha + dstColor * (1-alpha)
   • 写入帧缓冲（考虑颜色缓冲、深度缓冲、模板缓冲）

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关键技术与注意事项

• 抗锯齿处理：MSAA通过子采样提升边缘质量
• Early-Z优化：在片元着色前执行深度测试，减少无效计算
• 透视失真：必须使用透视校正插值避免纹理扭曲
• 包围盒优化：通过min/max计算减少遍历范围

根据Unity官方数据，合理优化的光栅化流程可使移动端渲染效率提升40%+。建议结合工具进行分阶段性能分析。