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本文取自西川善司的3D圖形技術連載，全99回
本貼為9~13回，爭取每1~2天更新一回吧。半年更新完。
也希望大家能支援。
翻譯 Trace
校對&註解 千裡馬肝
3D圖形的概念和渲染管線（Render Pipeline）
前面介紹了3D圖形曆史，接下來要解說的是3D圖形的處理流程。
3D圖形管線的流程圖
圖1是3D圖形的流程模型。這個雖然是對應DirectX 10/SM4的GPU流程模型，不過部分流程會根據GPU的不同，有時會有更細緻的處理，有時也會做一些簡略，這點敬請諒解。
首先，介紹一下3D圖形的處理為什麼會變成這樣的根本原因。會變成這個樣子，是由於在漫長又短暫的即時3D圖形曆史中，這個部分需要進行最順暢的處理，更重要的是因為這樣設計GPU會更容易實現的原因。這個流程不管是在Direct3D還是在OpenGL裡都沒有太大的差異。
圖1 GPU內部的渲染流程
CPU負責的3D圖形處理部分 = 遊戲引擎？
圖1的[1]和[2]的部分，主要是在CPU裡進行的處理。
配置3D物體或是移動後再設定，因為這兩種很類似，所以把這些在系統中處理的部分全部稱作[遊戲引擎]。
在遊戲引擎中，遵從鍵盤輸入、滑鼠輸入、遊戲控制輸入讓3D角色移動，或是進行開槍擊中敵人的命中時的碰撞檢測，根據碰撞的結果，雖然要進行把3D角色們擊飛的物理類比，但這些是遊戲邏輯的部分，某種意味上，是和[1][2]相同的部分。
另外，在[2]中如果有對應DirectX 10/SM4.0的GPU，要是能利用Geometry Shader，那麼也可以在GPU上進行了，例如關於particle或billboard這樣的point sprite，把建立和銷毀用Geometry Shader來處理，就可以實現讓GPU介入的處理。雖然如此，一般的3D遊戲處理中，這部分還是由CPU來處理的部分。
Vertex Pipeline和Vertex Shader的座標系是什嗎？
圖中紅線的[3][4][5][6]的部分，是進行頂點相關處理的頂點管線。
通常從這裡開始是在GPU內部進行處理的部分。但是，為了簡化內部邏輯以降低成本，所以要讓圖形機能整合，就是所謂的[統一晶片集]，把這個頂點管線轉移到CPU的（模擬）系統也是存在的。
那麼，直到稍早之前，很多時候把這個頂點管線稱為[幾何體處理]。所謂幾何體(Geometry)就是是[幾何學]。在高中，雖然就會在數學或是[代數•幾何]的課程中，學到[向量(Vector)運算]和[線性映射(Linear Map)或線性變換(Linear Transformation)]，不過這就是那個世界的事了。說句閑話，NVIDIA的GPU，GeForce系列的名字是由「Geometric Force(幾何學的力量)」的縮寫所造的名詞，可以說有著[G-Force重力]的雙關語。
把話題轉回來，說回3D圖形上的[3次元向量]的概念，簡單而言想成是[三次元空間上的”方向”]就可以了。這些”方向”被x,y,z的3個軸的座標值來表示，以這些”方向”為基準的被稱之為[座標系]。
「局部座標系」，如果具體的描述就是對於某個3D角色來說，設定為基準的座標系，3D角色的方向就是這個3D角色的基準座標系，通過處理[朝向是哪裡]，控制的人會很輕鬆，所以利用了局部座標系這個概念。
對了，一般的3D角色上雖然有很多是帶有手臂和腳，考慮到那些手腳在關節處彎曲的情況，如果用關節為基準的局部座標系進行控制會更容易理解，但是這樣考慮的話，就要把局部座標系做成多層的結構，最終的處理會變得不容易理解。
接下來，支配3D全域空間的整體座標系就很有必要了，這就是[全局座標系]。在處理3D圖形的頂點管線中的頂點單位時，從局部座標系向全局座標系的變換會多次發生。
這樣產生的頂點要根據shader程式進行座標系的變換處理，就是[3][頂點著色語言][Vertex Shader]。通過著色器編程，就可以進行獨特而特殊的座標系變換。
圖2 座標系的概念圖
