Grafiikkaputken

Grafiikkaputken (graphics pipeline) on tietokonegrafiikassa käytetty termi, joka kuvaa sarjaa peräkkäisiä vaiheita, joiden kautta kolmiulotteinen kuva muunnetaan näytölle. Putken tavoitteena on muuntaa kolmiulotteinen scenaariokuvailmaus koostetuista malleista, tekstuureista ja valaistuksesta lopullisiksi pikseleiksi.

Tyypillisesti grafiikkaputki koostuu sekä kiinteän funktio-, että ohjelmoitavaksi muuntuvista vaiheista. Perinteisesti putki alkaa raakadataa käsittelevästä syötteen kokoamisesta (input assembly), jonka jälkeen jokaiselle kärjelle suoritetaan vertex-shaderin kaltaiset ohjelmoidut laskut. Tämän jälkeen tessellointivaihe voi jakaa suuret primitiivit pienempiin, ja mahdolliset geometriShaderin vaiheet voivat lisätä tai muokata primitiivejä. Rasterointi muuntaa kolmiulotteiset primitiivit rasteriksi pikseleiksi tai-fragmentiksi. Lopuksi fragment-shaderissa suoritetaan tekstuurien ja valaistuksen kaltaiset per-fragment laskut, ja tulos kirjoitetaan viimeisteltynä kuvanmuuntamisyhteensovitukseen (framebuffer), jossa tapahtuu muun muassa syvyys- ja läpinäkyvyyskäsittely sekä mahdollinen yhdistäminen (blending).

Nykyisissä grafiikkaputkissa suurin osa vaiheista on ohjelmoitavia: shader-ohjelmat määrittelevät, miten jokainen vaihe käsittelee dataa. Erilaiset grafiikkaputkikokonaisuudet ovat olennaisia moderneille Grafiikkaputken toteutuksille API-ympäristöissä kuten Vulkan, DirectX 12 ja OpenGL, joista kukin soveltaa putken hallintaa ja optimointia omalla tavallaan.

Grafiikkaputkea voidaan optimoida muun muassa muuttamalla dataen käytettävien resurssien määrää, minimoimalla muistiliikennettä ja parantamalla rinnakkaislaskentaa. Ymmärtäminen putken toiminnasta auttaa sekä ohjelmistokehittäjiä että arkkitehtuurien suunnittelijoita.