GPU编程技术.ppt

计算机图形学GPU编程技术学习资料：一、ProgrammableGraphicsProcessingUnit发展历程自1998年后，ModernGPU的发展历史可以分为4个阶段
1998年NVIDIA宣布ModernGPU研发成功，标志着第一代ModernGPU的诞生：GPU功能非常有限，只能用于纹理组合的数学计算或者像素颜色值的计算
1999到2000年，是第二代modernGPU的发展时期：可以进行三维坐标转换和光照计算，支持立方体纹理cubemap
2001年是第三代modernGPU的发展时期：允许应用程序指定一个序列的指令进行顶点操作控制（GPU编程的本质！）第四代modernGPU的发展时期从2002年末到2003年：支持vertexprogrammability和fragmentprogrammability，DirectX和OpenGL也扩展了自身的API，用以支持vertexprogrammability和fragmentprogrammability

支持vertexprogrammability和fragmentprogrammability
支持IEEE32位浮点运算
支持4元向量，4阶矩阵计算
提供分支指令，支持循环控制语句
具有高带宽的内存传输能力（>27.1GB/s）
支持1D、2D、3D纹理像素查询和使用，且速度极快
支持绘制到纹理功能（RendertoTexture，RTT）GPU具有高并行结构（highlyparallelstructure），所以GPU在处理图形数据和复杂算法方面拥有比CPU更高的效率PU采用流式并行计算模式，可对每个数据进行独立的并行计算（流内任意元素的计算不依赖于其它同类型数据）图形绘制管线可分为三个主要阶段
应用程序阶段，使用高级编程语言（C、C++、JAVA等）进行开发，主要和CPU、内存打交道，诸如碰撞检测、场景图建立、空间八叉树更新、视锥裁剪等经典算法都在此阶段执行
几何阶段，主要负责顶点坐标变换、光照、裁剪、投影以及屏幕映射，该阶段基于GPU进行运算，在该阶段的末端得到了经过变换和投影之后的顶点坐标、颜色、以及纹理坐标
光栅阶段，基于几何阶段的输出数据，为像素（Pixel）正确配色，以便绘制完整图像，，每个像素的信息存储在颜色缓冲器（colorbuffer或者framebuffer）中shaderlanguage被定位为高级语言，如，GLSL的全称是“HighLevelShadingLanguage”，Cg语言的全称为“CforGraphic”，并且这两种shaderlanguage的语法设计非常类似于C语言。
高级语言的一个重要特性是“独立于硬件”，但是目前shaderlanguage完全依赖于GPU构架，
任意一种shaderlanguage都必须基于图形硬件，所以GPU编程技术的发展本质上还是图形硬件的发展。在shaderlanguage存在之前，展示基于图形硬件的编程能力只能靠低级的汇编语言。使用shaderlanguage编写的程序称之为shaderprogram（着色程序）。着色程序分为两类：
vertexshaderprogram（顶点着色程序，运行在顶点处理器上）
fragmentshaderprogram（片断着色程序，运行在片段处理器上）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。FragmentShaderProgramCG、GLSL、HLSL