Thinking in Shader(1)

开发环境

Window7

羽化的第十七篇博客，这周过得异常诡异，由于项目启动，预演计划接近工作开始慢慢变得繁忙，本来打算专心看Shader但发现能研究的时间越来越少，但自己还是要看下去，C++看了个基础，现在看起还是没那么容易，总之给自己加油吧~ ~ 这周印象最深的是看了一个叫《尸鬼》的动画和漫画，至于好不好看这还是要看个人欣赏水平来，整部作品给人的感觉十分压抑，封闭的村庄，离奇的死亡，鲜明的人物，悲惨的命运，是一部给人看清人性的作品，给羽化很大的感触-0- 其次是终于玩到了传说中的《战地3》，很多人把它和快要发售的《现代战争3》做比较，羽化个人认为，寒霜引擎确实给力尤其是在光晕方面，十分写实，画面效果基本上超过目前所有射击游戏，包括孤岛危机没有这种艳丽的效果，但这作战地明显是仿照使命召唤系列做的，可惜剧情没有想象中精彩，虽然有很多新奇体验，但劣质的AI实在是拿不出手啊，只能当作大餐前的点心。

既然开始看Shader，那就从基础开始吧=。= 羽化不准备按照一般套路写，因为羽化也是初学者，所以这里只做学习记录，基本上是重要的知识点吧，多半出自看过的一些书中，至于真正想学习的人，还是去看一些关于这方面的专业书籍。

图形数字化概念

把颜色的信息转换成数字，转换的原则是使用一个0~1之间的数值来显示不同色光的强度，越黑就越接近0，越白就越接近1。可以分为红、绿、蓝三种基本颜色色光，实现不同颜色只要改变三种色光的强度，计算机中基本使用8bits精确度，也就是1Byte的整数来存储一个基本色光，所以内存中实际看到的是0~255的整数。

分辨率的影响

考虑到每个像素各使用1Byte来存储三种色光的画，对于1024*768分辨率来说就需要1024*768*3Bytes= 2.25MB，但一般数据放在硬件内存以“4”为倍数的地址，所以每个像素强迫使用4Bytes的内存，实际使用1024*768*4Bytes = 3MB，多出来的Byte被用来存储Alpha值。

动画

电视、电影、卡通、游戏的动态图像实际上都是由许多张静态的画面组成的，每一帧是一张图片，以电影来说，每秒会有24帧，游戏画面更新就不一定，一般的Xbox360和PS3游戏都在30~60帧，PC由于硬件规格不统一，根据配置决定执行速度快慢，但一般都在30帧以上。游戏程序方面实际上是配置两块画面内存，一块用来放已经画好的图，负责此时播放，另一块则交给程序准备下一个画面，就是所谓的double buffer，back buffer的画面准备完毕后才会更新到front buffer。

GPU存在的意义

由于GPU 具有高并行结构（highly parallel structure），所以GPU 在处理图形数据和复杂算法方面拥有比CPU 更高的效率。图1 展示了GPU 和CPU 在结构上的差异，CPU 大部分面积为控制器和寄存器，与之相比，GPU 拥有更多的ALU（Arithmetic Logic Unit，逻辑运算单元）用于数据处理，而非数据高速缓存和流控制，这样的结构适合对密集型数据进行并行处理。CPU 执行计算任务时，一个时刻只处理一个数据，不存在真正意义上的并行，而GPU 具有多个处理器核，在一个时刻可以并行处理多个数据。

几何阶段坐标变换

根据GPU处理流程中顶点坐标变换的先后顺序，主要有如下几个坐标空间：Object space，模型坐标空间；World space，世界坐标系空间；Eye space，观察坐标空间；Clip and Project space，屏幕坐标空间。

Zbuffer

Z buffer 应该是大家最为熟悉的缓冲区类型，又称为depth buffer，即深度缓冲区，其中存放的是视点到每个像素所对应的空间点的距离衡量，称之为Z值或者深度值。可见物体的Z 值范围位于【0，1】区间，默认情况下，最接近眼睛的顶点（近裁减面上）其Z 值为0.0，离眼睛最远的顶点（远裁减面上）其Z值为1.0。使用z buffer 可以用来判断空间点的遮挡关系，著名的深度缓冲区算法（depth-buffer method，又称Z 缓冲区算法）就是对投影平面上每个像素所对应的Z 值进行比较的。

Shade Language

目前，shader language的发展方向是设计出在便捷性方面可以和C++\JAVA相比的高级语言，“赋予程序员灵活而方便的编程方式”，并“尽可能的控制渲染过程”同时“利用图形硬件的并行性，提高算法的效率”。Shader language 目前主要有3 种语言：基于OpenGL 的GLSL，基于Direct3D 的HLSL，还有NVIDIA公司的Cg 语言。使用shader language编写的程序称之为shader program（着色程序）。着色程序分为两类：vertex shader program（顶点着色程序）和fragment shader program（片断着色程序）。

先看些基础的东西，羽化后面的学习基本上都是从图形学和CG入手，最后的目标当然是写出好的Shader，提供Unity的项目使用。

下集预告：

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