认识达内从这里开始

随着互联网的不断发展，越来越多的人都在学习java编程开发等互联网技术，而本文我们就通过案例分析来了解一下，显示器图像渲染原理分析。

CPU，GPU，显示器协调工作模式

CPU通过视图创建，布局计算，文本渲染生成图像3D数据模型传给GPU。GPU将这些3D图像模型数据转成屏幕2D图像模型，然后经过GPU渲染流程生成位图放入帧缓冲区。视频控制器读取帧缓冲区的数据，通过数模转换显示到屏幕上。

双缓存机制

在屏幕图像显示机制中简单的是使用一个帧缓冲区，但会有性能问题，显示器读完一帧位图后，GPU才能渲染下一帧位图数据往帧缓冲区里放。这里引入双缓冲区机制，GPU先往一缓冲区中写入一帧位图，等显示器读完一个缓冲区数据时，GPU开始渲染下一帧数据往二缓冲区写入，等一帧图像渲染完成，视频控制器会直接交互指针，将指针指向二缓冲区，然后重复这一个过程。

图像撕裂问题

引入了双缓存区后，图像显示效率提升了，但是又带来了一个新问题：图像撕裂。

当视频控制器读取到一个帧缓冲区数据一半时，此时GPU写入二帧缓冲区位图数据结束，并进行了缓冲区指针交互。此时屏幕的下半部分就显示的二帧的图片，造成了图像上下部分不一致。为了解决这个问题，采用了时钟垂直信号机制，当视频控制器完成一帧扫描后回到初始位置，此时要等待VSync垂直信号，只有收到VSyn信号后，才会进行帧缓冲区指针的交互，然后开始显示下一帧数据同时GPU开始渲染后面一帧的位图数据。

CPU与GPU

CPU(CentralProcessingUnit)中央处理器：是计算机系统的控制单元和计算单元，可用于处理复杂的逻辑，拥有一定的并行计算能力。

GPU(GraphicsProcessingUnit)图像处理器：是用于绘图计算的图像处理器，能够生成2D/3D图像和视频，有非常强大的并行计算能力。

为什么要使用GPU作为图像的专门处理器呢，因为一个屏幕上的像素点是非常多的，在规定的时间内1/60s计算每一个像素点的样式是对并行计算的要求非常高，所以需要并行计算能力强的GPU来专门处理图像的计算工作。

GPU的内部层级结构。底层是计算机的系统内存，其次是GPU的内部存储，然后依次是二级缓存L2，一级缓存L1。

GPU编程

OpenGL与DirectX都一套可以对GPU进行调用的API。

GPU及其相关驱动实现了图形处理中的OpenGL和DirectX模型，所以开发者可以通过调用这些API直接操作硬件。

OpenGL严格来说并不是常规意义上的API，而是一个三方标准，它定义了每个函数该如何执行，以及它们的输出值。它的内部具体实现则是由OpenGL库的开发者自行决定。通常OpenGL库的开发者通常是显卡的生产商。

DirectX则是由Microsoft提供一套三方标准。

名称解释

渲染：将代码中的图像模型(光照，纹理等信息)转化成图像的过程。

绘制：用工具，画笔画图的过程。

纹理：物体表面材质的凸凹波纹和颜色。

图片解码与编码：将本地图片(png,jpg)文件读取到内存，生成对接图像对象叫解码;反过程保存到本地叫编码。

图元：计算机中表现图像的基本元素，点(一个Vertex)，线(二个Vertex)，面(三个Vertex)。屏幕上展示的各种2D,3D图像都是用这三种基本元素表示的。

Vsync垂直信号：电子枪从帧缓冲区将位图取出逐个扫描到显示器结束后，屏幕控制芯片DAC会发出一个Vsync垂直时钟信号，此时会触发2件事，1.系统会从当前帧缓冲区读取新的图像属性扫描显示到屏幕上，2.CPU+GPU会开始绘制下一帧图像数据绘制。

位图：GPU渲染完成后的产物，里面的每个单位颜色对应的是屏幕上的一个像素点。

位图中的像素有深度的概念，比如一个位图有m*n个像素，每个像素可以用1,2,4,8位字节进行表示，使用的字节数越多能表示的颜色值(如RGB)就越多，图像就越逼真。

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