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宗熙先生谈显卡(1):什么是“光栅化”和显卡的光栅单元?

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一、光栅化的概念

在计算机图形学领域,光栅化(Rasterization)是一个非常重要、非常基础的概念,但是理解起来并不复杂。

简单来说,光栅化就是将矢量图形转换为位图图像的过程,在3D图形渲染中,负责将三维场景中的几何形状(如三角形)转化为屏幕上的像素点,以便2D显示设备能够呈现这些图像。

二、具体实现原理

当一个3D模型被创建时,它通常由许多面组成,这些表面通常是多边形,最常见的形式是三角形。

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为了在二维的屏幕上显示这些模型,就需要通过一系列步骤将其转换成二维图像,这个过程包括变换、投影、裁剪等步骤,以符合现实物理世界中的规律,这个过程就叫光栅化。

三、光栅化的工作流程

1、顶点处理,首先对输入的3D模型进行各种变换操作,以确定其在屏幕空间中的位置。

2、图元装配,根据顶点信息构建出具体的几何形状,比如三角形。

3、光栅化,针对每个几何形状,确定哪些像素被该形状覆盖,并为这些像素计算合适的颜色值。

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4、片段处理,最后一步是对每个像素进行进一步处理,包括应用纹理、光照效果以及解决可见性问题等。

四、显卡的光栅单元

明白以上原理之后,对于显卡的光栅单元就好理解了,光栅单元就是专门设计用来执行光栅化过程的硬件组件。

随着图形处理技术的发展,现代显卡拥有性能强大的光栅单元,它们可以高效地处理复杂的图形数据,并支持很多高级功能,如抗锯齿、深度测试和混合模式等。

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五、总结

简单来说,真实的世界或者3D模型是3D的,而用户的显示器是2D的,为了在2D显示器中显示三维世界,就必须严格依照真实世界的物理规律对3D画面进行适当地变换和降级,包括投影和裁剪等等,这个过程就叫光栅化,它是连接3D世界与2D显示屏的关键步骤。

而显卡的光栅单元,就是针对这一工作和步骤所开发的特殊的硬件单元,这两个概念其实非常好理解。

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