Cg语言学习笔记(1)

最近在学习Unity3d Shader编程，Unity3d Shader使用的是Cg语言，网上找了一下Cg的教程，发现《Cg教程-可编程实时图形权威指南》不错，在学习此书的过程中记录一下笔记。博主菜鸟一枚，个人能力有限，有什么说的不对的地方，还请提出。

1.什么是Cg语言

• Cg是NVIDIA和微软共同开发的为可编程图形硬件设计的语言。它与OPENGL API和微软 DirectX的HLSL都兼容。CG程序是在计算机的图形处理器（GPU）上执行的。
• Cg是一个可以被OpenGL和Direct3D广泛支持的图形处理器编程语言。 Cg语言和OpenGL、DirectX并不是同一层次的语言，而是OpenGL和DirectX的上层，即，Cg程序是运行在OpenGL和 DirectX标准顶点和像素着色的基础上的。

2.顶点，片段，图形流水线

图形硬件渲染流水线：

• 顶点变换
  在每个顶点上执行一系列的数学操作：把顶点位置变换到屏幕位置以便光栅器使用，为贴图产生纹理坐标，以及照亮顶点以决定它的颜色。
• 图元装配和光栅化
  根据伴随顶点序列的几何图元分类信息把顶点装配成几何图元。
  图元通过剪裁（到可视平截体）、挑选（丢弃一些多边形）。
  光栅化（光栅化会把每个几何图元所覆盖的像素分解成像素大小的片段），结果是像素位置的集合和片段的集合（一个片段有一个与之相关联的像素位置、深度值和经过插值的参数）。
• 插值，贴图和着色
  在片段属性需要的时候插值，执行一系列的贴图和数学操作，为每一个片段确定一个最终的颜色。
• 光栅操作
  每个片段可由许多测试来测试（包括剪切，alpha，模版，深度测试…），没通过测试则丢弃该片段,否则就更新该像素颜色值，通过了深度测试就用片段的深度值代替像素的深度值，最后用混合把片段的最后颜色和对应的像素颜色结合在一起，帧缓存写操作用混合颜色代替像素颜色。

3.可编程图形流水线

可以看出，顶点着色器控制顶点坐标转换过程；片段着色器控制像素颜色计算过程。这样就区分出顶点着色程序和片段着色程序的各自分工：
Vertex program负责顶点坐标变换；
Fragment program负责像素颜色计算；前者的输出是后者的输入。

3.1可编程顶点处理器

3.2可编程片段处理器

• 从图片可以看出，顶点着色器控制顶点坐标转换过程；片段着色器控制像素颜色计算过程
• 顶点着色程序从GPU前端模块（寄存器）中提取图元信息（顶点位置、法向量、纹理坐标等），并完成顶点坐标空间转换、法向量空间转换、光照计算等操作，最后将计算好的数据传送到指定寄存器中；然后片断着色程序从中获取需要的数据，通常为“纹理坐标、光照信息等”，并根据这些信息以及从应用程序传递的纹理信息（如果有的话）进行每个片断的颜色计算，最后将处理后的数据送光栅操作模块。
• 顶点着色程序与片断着色程序通常是同时存在，相互配合，前者的输出作为后者的输入。不过，也可以只有顶点着色程序。如果只有顶点着色程序，那么只对输入的顶点进行操作，而顶点内部的点则按照硬件默认的方式自动插值。
• 片断着色程序是对每个片断进行独立的颜色计算，并且算法由自己编写，不但可控性好，而且可以达到更好的效果。最后输出颜色值的就是该片段最终显示的颜色。可以这样说，顶点着色程序主要进行几何方面的运算，而片段着色程序主要针对最终的颜色值进行计算。
• 所谓片断就是所有的三维顶点在光栅化之后的数据集合，这些数据还没有经过深度值比较，而屏幕显示的像素都是经过深度比较的。

总结：本节中了解了什么是cg语言，图形渲染流程，顶点处理器，片段处理器。下一节开始将详细介绍Cg语言。