什么是GPU渲染流水线
在OpenGL中，任何事物都在3D空间中，而屏幕和窗口却是2D像素数组，这导致OpenGL大部分工作都是关于把3D坐标转变为适应屏幕的2D像素。3D坐标转为2D坐标的处理过程是由OpenGL的图形渲染管线（Graphics Pipeline，大多译为管线，指的是一堆原始图形数据途经一个输送管道，期间经过各种变化处理最终出现在屏幕的过程）管理的。图形渲染管线可以被划分为两个主要部分：第一部分把你的3D坐标转换为2D坐标（几何阶段）；第二部分是把2D坐标转变为实际的有颜色的像素(光栅化阶段)。
渲染流程
渲染流水线是cpu和gpu配合渲染一帧的过程，其中渲染流程主要分为3个阶段：应用阶段，几何阶段, 光栅化阶段。
CPU控制阶段
应用阶段属于CPU控制阶段
1.准备场景数据，把数据加载到显存中去。
2.设置渲染状态，material，texture，shader等。
3.调用DrawCall，输出渲染图元到gpu。
GPU控制阶段
GPU控制阶段分为2个部分，几何阶段和光栅化阶段，这两个阶段又可以细分成若干个更小的流水线阶段，每个阶段GPU提供了不同的可配置性和可编程性，具体如下图所示：
一．几何阶段：
1.顶点着色器：顶点变换，逐顶点光照，输出后续阶段所需的数据。
2.图元装配：将顶点着色器输出的所有顶点作为输入（如果是GL_POINTS，那么就是一个顶点），并所有的点装配成指定图元的形状。
3.几何着色器（可选）：产生新顶点构造出新的图元来生成其他形状。
4.裁剪:将不在摄像机视野内的顶点剔除掉，并剔除某些三角图元的面片。
5.屏幕映射：将每个图元的ndc坐标转换到屏幕坐标系中。
二.光栅化阶段：
1.三角形设置：得到三角形边界的表示方式，计算图元覆盖了哪些像素。
2.三角形遍历：判断三角网格覆盖了哪些像素，基于三角形顶点信息对整个覆盖区域像素进行插值，输出片元。
3.片元着色器：纹理采样，片元着色。
4.逐片元操作：决定片元的可见性，深度测试，alpha，模板测试等，测试不通过的片元会被舍弃，测试通过的片元在开启混合时会和像素缓冲区的颜色进行混合，最后将像素缓冲区中的颜色进行替换成该片元最终的颜色。
如下图以一个三角形为例展示下渲染管线的每个阶段,蓝色部分代表的是我们可以自定义的着色器部分。
顶点变换
不同坐标系之间的变换，一个渲染顶点，要想让它呈现在屏幕上的某个位置，是需要让这个顶点经过一个个坐标系的变换来进行的，每经过一个坐标系，它的坐标就会使用矩阵来执行一次变换，最终变换到屏幕上的位置。Opengl顶点变换过程如下图所示：
世界变换
即我们所说的仿射变化，包括位移、旋转、缩放。
相机变换
以相机作为坐标原点的一个参考系，把物体从世界坐标系，变换到相机为原点的相机坐标系。
假设摄像机的位置为（Px,Py,Pz），以（θ，0，0）进行旋转。
首先需要把相机平移到世界坐标原点，变换矩阵如下：
然后进行旋转变换，变换矩阵如下：
透视变换
经过前面两轮变换，物体坐标已经变为以相机为原点的坐标了，之后我们要进行投影变换（以透视投影为例）。
透视变换矩阵为
透视除法
将齐次裁剪空间坐标转为标准设备空间，实现比较简单，用齐次坐标的w去除以x，y, z分量，经过透视除法后剪裁空间会变换到一个立方体内，变换后的坐标x，y，z范围在[-1,1].
视口变换
将标准设备空间坐标转换到屏幕坐标，计算公式如下：
screenX = （1+Px）/2*screenWidth
screenY = （1+Py）/2*screenHeight
为什么使用齐次坐标
1.平移不是线性变换，3*3矩阵不能表示平移变换。
2.将平移，旋转，缩放操作全部使用矩阵运算表示，统一格式，提高效率。
3. 以坐标中的W作为透视距离的依据，满足透视需要。
