固定功能GPU中的着色器

Question

我一直在阅读有关GPU架构的更多信息，这使我感到困惑。 大多数资源将“着色器”定义为在图形管道的各个部分中运行以投影3D场景最终渲染的一段代码。 较早的GPU架构是“固定功能”……这是否意味着图形程序员真的无法控制如何将滤镜和效果应用于其3D场景？

现在有人可以向我确认我们拥有“可编程GPU”，这是否意味着着色器功能/程序已发送到GPU？

这使我想到另一个想法，如果图形程序员无法控制，GPU的“固定功能”一词是否意味着这些着色器是在硬件上实现的（通过晶体管/门）？ 抱歉，我是硬件新手，所以我的术语可能不正确。

Answer 1

在现代GPU着色器的意义上，传统的“固定功能”管道无法完全编程。 最早的时候，它是带有某些参数的软件渲染器，但在90年代后期，在Direct3D 6/7中，顶点被称为“硬件变换和光照”，像素被称为“多纹理”。 要控制固定功能管道，您需要设置大量状态以对其进行各种操作进行配置。 换句话说，它是可配置的而不是可编程的 。

可编程着色器可模拟现代GPU上的传统“固定功能”流水线，您可以在Direct3D FixedFuncEMU示例中看到这些着色器的外观示例。 因为无论如何它都是针对Direct3D 9和更早版本进行仿真的，所以Direct3D 10和更高版本根本不支持旧的固定功能管道。

即使在现代GPU上，管线的某些方面也是“固定功能”，由可配置状态而非可编程着色器控制，例如三角形光栅化，渲染目标alpha混合，纹理采样，深度/模板测试等。这里的权衡是通用性较低，因此可以快速，廉价地实现硬件，从而可以轻松复制这些功能单元。

Answer 2

较早的GPU架构是“固定功能”……这是否意味着图形程序员真的无法控制如何将滤镜和效果应用于其3D场景？

否。这意味着您必须在实现效果的方式上富有创造力。 有些效果是绝对不可能实现的。 对于其他效果，某些近似是可能的。

最大的区别是，对于可自由编程的GPU（着色器模型2或更高版本），它是将程序流控制到像素级； 认为它能够使用Photoshop或类似程序中的某些画笔工具选择性地进行绘制。

使用固定功能的GPU，您所能做的基本上等同于处理整个图层。 您可以将它们混合，彼此堆叠几层，进行多次渲染等等。 有了一些创造力，您就可以实现一些疯狂的事情。 我个人最自豪的成就是使用GeForce2类GPU（建于1999年）实现了水波纹效果（具有近似的折射和反射效果）。

这使我想到另一个想法，如果图形程序员无法控制，GPU的“固定功能”一词是否意味着这些着色器是在硬件上实现的（通过晶体管/门）？

不，这意味着根本没有着色器！

从本质上讲，GPU在屏幕上绘制清晰纹理的三角形时所执行的操作，是对传入的几何体应用一组固定的操作，以将其转换到适当位置并确定局部照明值。 您可以选择几个开关，进行特定的计算，例如，您可以加载许多纹理（在最新的固定功能硬件中最多可以加载8个纹理），然后选择所谓的“寄存器组合器”，以选择这些纹理的方式应该与其他东西“混合”。 例如，您可以将法线贴图纹理与光方向矢量混合成点积，以调制照明（凹凸贴图）； 您也可以使用普通纹理来确定立方体贴图的纹理坐标，以查找反射效果。

即使在当今的现代GPU上，有些方面也不是完全可编程的（这是因为要使其具有很高的性能非常困难）。 例如混合。 实际的混合操作并不算昂贵， 问题是，如果不精确操作，它必须以某种方式合并像素，这会引入很多同步滞后。