GPU 图形计算综述 (二)：固定管线

在计算机图形学中，图形管线（Graphics Pipeline）是指通过一系列软硬件算法，将三维空间中的物体表征，转换为二维空间的物体表征的过程。一般通过3D网格（Mesh）等图元（Primitive）来表示3D空间中的物体，经过坐标转换、曲面细分、裁剪、空间映射、光栅化、像素着色、深度测试、颜色混合等一系列阶段，最终生成屏幕上的2D图像。

GPU图形管线的发展，经历了从固定功能到可编程功能的演变，这一过程推动了计算机图形学的重大进步。

固定管线 (Fixed Function Pipeline)

早期GPU（如NVIDIA TNT2、GeForce 256）的功能和算力较为有限，通常作为CPU的协处理器，专注于加速一些特定的图形操作，比如顶点变换（模型视图矩阵）、光照计算（固定光照模型）、纹理贴图、光栅化，等等。所有渲染步骤由硬件预定义；软件层面，仅能通过图形API（如OpenGL 1.x、DirectX 7及更早版本）来设置参数（如设置光照颜色、纹理混合模式），无法自定义算法。

下图展示了经典的OpenGL固定渲染管线，其中每个方框代表一种特定的图形操作。

固定管线示意图

固定管线（Fixed Function Pipeline）的优点是开发简单，硬件执行效率高，适合当时有限的图形需求；由于参数组合较为有限，因此其所支持的功能较少，无法实现复杂的渲染效果（如动态光影、法线贴图），缺乏灵活性。

固定管线的代表硬件包括NVIDIA GeForce 2系列、ATI Radeon 7500等。