GPU 圖形渲染流水線的主要工作可以被劃分為兩個(gè)部分：

① 把 3D 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為 2D 坐標(biāo)

② 把 2D 坐標(biāo)轉(zhuǎn)變?yōu)閷?shí)際的有顏色的像素

GPU 圖形渲染流水線的具體實(shí)現(xiàn)可分為六個(gè)階段，如下圖所示。

1. 頂點(diǎn)著色器（Vertex Shader）

2. 形狀裝配（Shape Assembly），又稱 圖元裝配

3. 幾何著色器（Geometry Shader）

4. 光柵化（Rasterization）

5. 片段著色器（Fragment Shader）

6. 測試與混合（Tests and Blending）

第一階段，頂點(diǎn)著色器。

該階段的輸入是 頂點(diǎn)數(shù)據(jù)（Vertex Data） 數(shù)據(jù)，比如以數(shù)組的形式傳遞 3 個(gè) 3D 坐標(biāo)用來表示一個(gè)三角形。頂點(diǎn)數(shù)據(jù)是一系列頂點(diǎn)的集合。頂點(diǎn)著色器主要的目的是把 3D 坐標(biāo)轉(zhuǎn)為另一種 3D 坐標(biāo)，同時(shí)頂點(diǎn)著色器可以對(duì)頂點(diǎn)屬性進(jìn)行一些基本處理。

第二階段，形狀（圖元）裝配。

該階段將頂點(diǎn)著色器輸出的所有頂點(diǎn)作為輸入，并將所有的點(diǎn)裝配成指定圖元的形狀。圖中則是一個(gè)三角形。圖元（Primitive） 用于表示如何渲染頂點(diǎn)數(shù)據(jù)，如：點(diǎn)、線、三角形。

第三階段，幾何著色器。

該階段把圖元形式的一系列頂點(diǎn)的集合作為輸入，它可以通過產(chǎn)生新頂點(diǎn)構(gòu)造出新的（或是其它的）圖元來生成其他形狀。例子中，它生成了另一個(gè)三角形。

第四階段，光柵化。

該階段會(huì)把圖元映射為最終屏幕上相應(yīng)的像素，生成片段。片段（Fragment） 是渲染一個(gè)像素所需要的所有數(shù)據(jù)。

第五階段，片段著色器。

該階段首先會(huì)對(duì)輸入的片段進(jìn)行 裁切（Clipping）。裁切會(huì)丟棄超出視圖以外的所有像素，用來提升執(zhí)行效率。

第六階段，測試與混合。

該階段會(huì)檢測片段的對(duì)應(yīng)的深度值（z 坐標(biāo)），判斷這個(gè)像素位于其它物體的前面還是后面，決定是否應(yīng)該丟棄。此外，該階段還會(huì)檢查 alpha 值（ alpha 值定義了一個(gè)物體的透明度），從而對(duì)物體進(jìn)行混合。因此，即使在片段著色器中計(jì)算出來了一個(gè)像素輸出的顏色，在渲染多個(gè)三角形的時(shí)候最后的像素顏色也可能完全不同。

關(guān)于混合，GPU 采用如下公式進(jìn)行計(jì)算，并得出最后的顏色。

R = S + D * (1 - Sa)

關(guān)于公式的含義，假設(shè)有兩個(gè)像素 S(source) 和 D(destination)，S 在 z 軸方向相對(duì)靠前（在上面），D 在 z 軸方向相對(duì)靠后（在下面），那么最終的顏色值就是 S（上面像素） 的顏色 + D（下面像素） 的顏色 * （1 - S（上面像素） 顏色的透明度）。

上述流水線以繪制一個(gè)三角形為進(jìn)行介紹，可以為每個(gè)頂點(diǎn)添加顏色來增加圖形的細(xì)節(jié)，從而創(chuàng)建圖像。但是，如果讓圖形看上去更加真實(shí)，需要足夠多的頂點(diǎn)和顏色，相應(yīng)也會(huì)產(chǎn)生更大的開銷。為了提高生產(chǎn)效率和執(zhí)行效率，開發(fā)者經(jīng)常會(huì)使用 紋理（Texture） 來表現(xiàn)細(xì)節(jié)。紋理是一個(gè) 2D 圖片（甚至也有 1D 和 3D 的紋理）。紋理一般可以直接作為圖形渲染流水線的第五階段的輸入。

最后，我們還需要知道上述階段中的著色器事實(shí)上是一些程序，它們運(yùn)行在 GPU 中成千上萬的小處理器核中。這些著色器允許開發(fā)者進(jìn)行配置，從而可以高效地控制圖形渲染流水線中的特定部分。由于它們運(yùn)行在 GPU 中，因此可以降低 CPU 的負(fù)荷。著色器可以使用多種語言編寫，OpenGL 提供了 GLSL（OpenGL Shading Language） 著色器語言。