GPU是怎么工作的?如何处理游戏画面的?

  • 2018-01-20
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简单的说GPU就是能够从硬件上支持T&L(Transform and Lighting,多边形转换与光源处理)的显示芯片,因为T&L是3D渲染中的一个重要部分,其作用是计算多边形的3D位置和处理动态光线效果,也可以称为“几何处理”。一个好的T&L单元,可以提供细致的3D物体和高级的光线特效;只不过大多数PC中,T&L的大部分运算是交由CPU处理的(这就也就是所谓的软件T&L),由于CPU的任务繁多,除了T&L之外,还要做内存管理、输入响应等非3D图形处理工作,因此在实际运算的时候性能会大打折扣,常常出现显卡等待CPU数据的情况,其运算速度远跟不上今天复杂三维游戏的要求。即使CPU的工作频率超过 1GHz或更高,对它的帮助也不大,由于这是PC本身设计造成的问题,与CPU的速度无太大关系。

GPU图形处理,可以大致分成 5 个步骤:

第一步,vertex shader。是将三维空间中数个(x,y,z)顶点放进 GPU 中。在这一步骤中,电脑会在内部模拟出一个三维空间,并将这些顶点放置在这一空间内部。接着,投影在同一平面上,也是我们将看到的画面。同时,存下各点距离投影面的垂直距离,以便做后续的处理。 这个过程就像是在地球观看星星一般。地球的天空,就像是一个投影面,所有的星星,不管远近皆投影在同一面上。我们抬起头来看星星,分不出星星的远近,只能分辨出亮度。GPU 所投影出的结果,和这个情况类似。

第二步,primitive processing。是将相关的点链接在一起,以形成图形。在一开始输入数个顶点进入 GPU 时,程序会特别注记哪些点是需要组合在一起,以形成一线或面。就像是看星座的时候一样,将相关连的星星连起来,形成特定的图案。

第三步,rasterisation。因为电脑的屏幕是由一个又一个的像素组成,因此,需要将一条连续的直线,使用绘图的演算法,以方格绘出该直线。图形也是以此方式,先标出边线,再用方格填满整个平面。

第四步,fragment shader。将格点化后的图形着上颜色。所需着上的颜色也是于输入时便被注记。在游玩游戏时,这一步相当耗费 GPU 的计算资源,因为光影的效果、物体表面材质皆是在这一步进行,这些计算决定着游戏画面的精细程度。在玩游戏时,调高游戏画面品质会大幅增加这一步的计算负担,降低游戏帧率。

最后一步,testing and blending。便是将第一步所获得的投影垂直距离取出,和第四步的结果一同做最后处理。在去除被会被其他较近距离的物体挡住的物体后,把剩下的图形放进显存。之后,画面便会被送到电脑屏幕上。

*文字内容来自ImaginationTech

CPU到底是怎么工作的?

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