2.2 CPU和GPU之间的通信

渲染流水线的起点是CPU，即应用阶段。应用阶段大致可分为下面3个阶段：

（1）把数据加载到显存中。

（2）设置渲染状态。

（3）调用Draw Call（在本章的最后我们还会继续讨论它）。

2.2.1 把数据加载到显存中

所有渲染所需的数据都需要从硬盘（Hard Disk Drive, HDD）中加载到系统内存（Random Access Memory, RAM）中。然后，网格和纹理等数据又被加载到显卡上的存储空间——显存（Video Random Access Memory, VRAM）中。这是因为，显卡对于显存的访问速度更快，而且大多数显卡对于RAM没有直接的访问权利。图2.3所示给出了这样一个例子。

▲图2.3 渲染所需的数据（两张纹理以及3个网格）从硬盘最终加载到显存中。在渲染时，GPU可以快速访问这些数据

需要注意的是，真实渲染中需要加载到显存中的数据往往比图1.3所示复杂许多。例如，顶点的位置信息、法线方向、顶点颜色、纹理坐标等。

当把数据加载到显存中后，RAM中的数据就可以移除了。但对于一些数据来说，CPU仍然需要访问它们（例如，我们希望CPU可以访问网格数据来进行碰撞检测），那么我们可能就不希望这些数据被移除，因为从硬盘加载到RAM的过程是十分耗时的。

在这之后，开发者还需要通过CPU来设置渲染状态，从而“指导”GPU如何进行渲染工作。

2.2.2 设置渲染状态

什么是渲染状态呢？一个通俗的解释就是，这些状态定义了场景中的网格是怎样被渲染的。例如，使用哪个顶点着色器（Vertex Shader）/片元着色器（Fragment Shader）、光源属性、材质等。如果我们没有更改渲染状态，那么所有的网格都将使用同一种渲染状态。图2.4显示了当使用同一种渲染状态时，渲染3个不同网格的结果。

▲图2.4 在同一状态下渲染3个网格。由于没有更改渲染状态，因此3个网格的外观看起来像是同一种材质的物体

在准备好上述所有工作后，CPU就需要调用一个渲染命令来告诉GPU:“嘿！老兄，我都帮你把数据准备好啦，你可以按照我的设置来开始渲染啦！”而这个渲染命令就是Draw Call。

2.2.3 调用Draw Call

相信接触过渲染优化的读者应该都听说过Draw Call。实际上，Draw Call就是一个命令，它的发起方是CPU，接收方是GPU。这个命令仅仅会指向一个需要被渲染的图元（primitives）列表，而不会再包含任何材质信息——这是因为我们已经在上一个阶段中完成了！图2.5形象化地阐释了这个过程。

▲图2.5 CPU通过调用Draw Call来告诉GPU开始迚行一个渲染过程。一个Draw Call会指向本次调用需要渲染的图元列表

当给定了一个Draw Call时，GPU就会根据渲染状态（例如材质、纹理、着色器等）和所有输入的顶点数据来进行计算，最终输出成屏幕上显示的那些漂亮的像素。而这个计算过程，就是我们下一节要讲的GPU流水线。