OpenGL簡介

• OpenGL （Open Graphics Library）是?個(gè)跨編程語?岔霸、跨平臺的編程圖形程序接?缤至，它將計(jì)
  算機(jī)的資源抽象稱為?個(gè)個(gè)OpenGL的對象撕贞，對這些資源的操作抽象為?個(gè)個(gè)的OpenGL指令.

• OpenGL ES （OpenGL for Embedded Systems）是 OpenGL 三維圖形 API 的?集决采，針對?機(jī)域滥、
  PDA和游戲主機(jī)等嵌?式設(shè)備?設(shè)計(jì)靡挥，去除了許多不必要和性能較低的API接?.

• DirectX 是由很多API組成的序矩，DirectX并不是?個(gè)單純的圖形API. 最重要的是DirectX是屬于
  Windows上?個(gè)多媒體處理API.并不?持Windows以外的平臺,所以不是跨平臺框架. 按照性
  質(zhì)分類，可以分為四?部分跋破，顯示部分簸淀、聲?部分、輸?部分和?絡(luò)部分.

• Metal : Metal: Apple為游戲開發(fā)者推出了新的平臺技術(shù)Metal毒返，該技術(shù)能夠?yàn)?/code>3D圖 像提?10倍的渲染性能.Metal是Apple為了解決3D`渲染?推出的框架.

1.  有`記憶功能`，能記住其當(dāng)前的狀態(tài)
2.  可以`接收輸?`蜈亩，根據(jù)輸?的內(nèi)容和??的原先狀態(tài)懦窘，修改??當(dāng)前狀態(tài)，并且可以有對應(yīng)輸出
    3.  當(dāng)進(jìn)?`特殊狀態(tài)（停機(jī)狀態(tài)）`的時(shí)候稚配，變不再接收輸?畅涂，停??作；

在OpenGL下渲染圖形,就會有經(jīng)歷?個(gè)?個(gè)節(jié)點(diǎn).?這樣的操作可以理解管線.?家可以想象成流?線.每個(gè)任務(wù)類似流?線般執(zhí)?.任務(wù)之間有先后順序. 管線是?個(gè)抽象的概念蓝厌，之所以稱之為管線是因?yàn)?code>顯卡在處理數(shù)據(jù)的時(shí)候是按照?個(gè)固定的順序來的玄叠，?且嚴(yán)格按照這個(gè)順序。就像?從?根管?的?端流到另?端褂始，這個(gè)順序是不能打破的.

• 劃重點(diǎn):

1. 任務(wù)嚴(yán)格按順序依次執(zhí)行.

固定管線/存儲著?器

• 在早期的OpenGL版本,它封裝了很多種著?器程序塊內(nèi)置的?段包含了光照诸典、坐標(biāo)變換、裁剪等等諸多功能的固定shader程序來完成,來幫助開發(fā)者來完成圖形的渲染. ?開發(fā)者只需要傳?相應(yīng)的參數(shù),就能快速完成圖形的渲染. 類似于iOS開發(fā)會封裝很多API,?我們只需要調(diào)?,就可以實(shí)現(xiàn)功能.不需要關(guān)注底層實(shí)現(xiàn)原理.

• 但是由于OpenGL的使?場景?常豐富,固定管線或存儲著?器?法完成每?個(gè)業(yè)務(wù).這時(shí)將相關(guān)部分開放成可編程.

著?器程序Shader

• 就全?的將固定渲染管線架構(gòu)變?yōu)榱?code>可編程渲染管線崎苗。

• 因此狐粱，OpenGL在實(shí)際調(diào)?繪制函數(shù)之前，還需要指定?個(gè)shader編譯成的著?器程序胆数。常?的著?器主要有頂點(diǎn)著?器（VertexShader）肌蜻，?段著?器（FragmentShader）/像素著?器（PixelShader），?何著?器（GeometryShader）必尼，曲?細(xì)分著?器（TessellationShader）蒋搜。?段著?器和像素著?器只是在OpenGL和DX中的不同叫法?已∨欣颍可惜的是豆挽，直到OpenGLES 3.0，依然只?持了頂點(diǎn)著?器和?段著?器這兩個(gè)最基礎(chǔ)的著?器券盅。

• OpenGL在處理shader時(shí)帮哈，和其他編譯器?樣。通過編譯锰镀、鏈接等步驟娘侍，?成了著?器程序（glProgram）咖刃，著?器程序同時(shí)包含了頂點(diǎn)著?器和?段著?器的運(yùn)算邏輯。在OpenGL進(jìn)?繪制的時(shí)候憾筏，?先由頂點(diǎn)著?器對傳?的頂點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)?算再通過圖元裝配嚎杨，將頂點(diǎn)轉(zhuǎn)換為圖元。然后進(jìn)?光柵化氧腰，將圖元這種?量圖形枫浙，轉(zhuǎn)換為柵格化數(shù)據(jù)。最后容贝，將柵格化數(shù)據(jù)傳??段著?器中進(jìn)?運(yùn)算自脯。?段著?器會對柵格化數(shù)據(jù)中的每?個(gè)像素進(jìn)?運(yùn)算，并決定像素的顏?.

劃重點(diǎn):

1. 將固定渲染管線架構(gòu)變成為了可編程渲染管線
2. 常見的著色器主要有頂點(diǎn)著色器,片段著色器/像素著色器,幾何著色,曲面細(xì)分著色器.
3. OPenGL ES只支持頂點(diǎn)著色器和片段著色器.
4. OpenGL 通過編譯,鏈接等步驟,將生成著色器程序.
5. 在OpenGL進(jìn)行繪制的時(shí)候,有頂點(diǎn)著色器對傳入的頂點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算.在通過圖元裝配,將頂點(diǎn)轉(zhuǎn)換為圖元.之后進(jìn)行光柵化,將圖元這種矢量圖形,轉(zhuǎn)換為柵格化數(shù)據(jù).最后,將柵格化數(shù)據(jù)傳入片段著色器中進(jìn)行運(yùn)算.片段著色器會對柵格化數(shù)據(jù)中的每一個(gè)像素進(jìn)行運(yùn)算,并決定像素的顏色.

頂點(diǎn)著?器VertexShader

• ?般?來處理圖形每個(gè)頂點(diǎn)變換(旋轉(zhuǎn)/平移/投影等)

• 頂點(diǎn)著?器是OpenGL中?于計(jì)算頂點(diǎn)屬性的程序斤富。頂點(diǎn)著?器是逐頂點(diǎn)運(yùn)算的程序膏潮，也就是說每個(gè)頂點(diǎn)數(shù)據(jù)都會執(zhí)??次頂點(diǎn)著?器，當(dāng)然這是并?的满力，并且頂點(diǎn)著?器運(yùn)算過程中?法訪問其他頂點(diǎn)的數(shù)據(jù).

• ?般來說典型的需要計(jì)算的頂點(diǎn)屬性主要包括頂點(diǎn)坐標(biāo)變換焕参、逐頂點(diǎn)光照運(yùn)算等等。頂點(diǎn)坐標(biāo)由?身坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到歸?化坐標(biāo)系的運(yùn)算油额，就是在這?發(fā)?的叠纷。

?元著?器程序FragmentShader

• ?般?來處理圖形中 每個(gè)像素點(diǎn)顏?計(jì)算和填充。

• ?段著?器是OpenGL中?于計(jì)算?段（像素）顏?的程序潦嘶。?段著?器是逐像素運(yùn)算的程序涩嚣，也就是說每個(gè)像素都會執(zhí)??次?段著?器，當(dāng)然也是并?的.

• 片元著色器(Fragment Shader)被稱為像素著色器(Pixel Shader)掂僵，但片元著色器是一個(gè)更合適的名字航厚，

因?yàn)榇藭r(shí)的片元并不是一個(gè)真正意義上的像素

GLSL(OpenGL Shading Language)

• OpenGL著?語?（OpenGL Shading Language）是?來在OpenGL中著?編程的語?，也即開發(fā)?員寫的短?的?定義程序锰蓬，他們是在圖形卡的GPU （Graphic Processor Unit圖形處理單元）上執(zhí)?的幔睬，代替了固定的渲染管線的?部分，使渲染管線中不同層次具有可編程性芹扭。?如：視圖轉(zhuǎn)換麻顶、投影轉(zhuǎn)換等。GLSL（GL Shading Language）的著?器代碼分成2個(gè)部分：Vertex Shader（頂點(diǎn)著?器）和Fragment（?斷著?器）.

光柵化Rasterization

• 是把頂點(diǎn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為?元的過程舱卡，具有將圖轉(zhuǎn)化為?個(gè)個(gè)柵格組成的圖象的作?辅肾，特點(diǎn)是每個(gè)元素對應(yīng)幀緩沖區(qū)中的?像素。
• 光柵化就是把頂點(diǎn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為?元的過程轮锥。?元中的每?個(gè)元素對應(yīng)于幀緩沖區(qū)中的?個(gè)像素宛瞄。
• 光柵化其實(shí)是?種將?何圖元變?yōu)?code>?維圖像的過程。該過程包含了兩部分的?作。第?部分?作：決定窗?坐標(biāo)中的哪些整型柵格區(qū)域被基本圖元占?份汗；第?部分?作：分配?個(gè)顏?值和?個(gè)深度值到各個(gè)區(qū)域。光柵化過程產(chǎn)?的是?元.
• 把物體的數(shù)學(xué)描述以及與物體相關(guān)的顏?信息轉(zhuǎn)換為屏幕上?于對應(yīng)位置的像素及?于填充像素的顏?蝴簇，這個(gè)過程稱為光柵化杯活，這是?個(gè)將模擬信號轉(zhuǎn)化為離散信號的過程.

紋理(Texture)

• 紋理可以理解為圖?. ?家在渲染圖形時(shí)需要在其編碼填充圖?,為了使得場景更加逼真.?這?使?的圖?,就是常說的紋理.但是在OpenGL,我們更加習(xí)慣叫紋理,?不是圖?.

混合（Blending)

• 在測試階段之后，如果像素依然沒有被剔除熬词，那么像素的顏?將會和幀緩沖區(qū)中顏?附著上的顏?進(jìn)?混合旁钧，混合的算法可以通過OpenGL的函數(shù)進(jìn)?指定。但是OpenGL提供的混合算法是有限的互拾，如果需要更加復(fù)雜的混合算法歪今，?般可以通過像素著?器進(jìn)?實(shí)現(xiàn)，當(dāng)然性能會?原?的混合算法差?些.

變換矩陣(Transformation)

• 例如圖形想發(fā)?平移,縮放,旋轉(zhuǎn)變換.就需要使?變換矩陣.

投影矩陣(Projection)

• ?于將3D坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為?維屏幕坐標(biāo),實(shí)際線條也將在?維坐標(biāo)下進(jìn)?繪制

渲染上屏/交換緩沖區(qū)(SwapBuffer)

• 渲染緩沖區(qū)?般映射的是系統(tǒng)的資源?如窗?颜矿。如果將圖像直接渲染到窗?對應(yīng)的渲染緩沖區(qū)寄猩，則可以將圖像顯示到屏幕上。
• 但是骑疆，值得注意的是田篇，如果每個(gè)窗?只有?個(gè)緩沖區(qū)，那么在繪制過程中屏幕進(jìn)?了刷新箍铭，窗?可能顯示出不完整的圖像
• 為了解決這個(gè)問題泊柬，常規(guī)的OpenGL程序?少都會有兩個(gè)緩沖區(qū)。顯示在屏幕上的稱為屏幕緩沖區(qū)诈火，沒有
  顯示的稱為離屏緩沖區(qū)兽赁。在?個(gè)緩沖區(qū)渲染完成之后，通過將屏幕緩沖區(qū)和離屏緩沖區(qū)交換冷守，實(shí)現(xiàn)圖像
  在屏幕上的顯示刀崖。
• 由于顯示器的刷新?般是逐?進(jìn)?的，因此為了防?交換緩沖區(qū)的時(shí)候屏幕上下區(qū)域的圖像分屬于兩個(gè)不同的幀教沾，因此交換?般會等待顯示器刷新完成的信號蒲跨，在顯示器兩次刷新的間隔中進(jìn)?交換，這個(gè)信號就被稱為垂直同步信號授翻，這個(gè)技術(shù)被稱為垂直同步.
• 使?了雙緩沖區(qū)和垂直同步技術(shù)之后或悲，由于總是要等待緩沖區(qū)交換之后再進(jìn)?下?幀的渲染，使得幀率?法完全達(dá)到硬件允許的最??平堪唐。為了解決這個(gè)問題巡语，引?了三緩沖區(qū)技術(shù)，在等待垂直同步時(shí)淮菠，來回交替渲染兩個(gè)離屏的緩沖區(qū)男公，?垂直同步發(fā)?時(shí)，屏幕緩沖區(qū)和最近渲染完成的離屏緩沖區(qū)交換合陵，實(shí)現(xiàn)充分利?硬件性能的?的.

劃重點(diǎn):

1. 如果每個(gè)窗?只有?個(gè)緩沖區(qū)枢赔，若在繪制過程中屏幕進(jìn)?了刷新澄阳，窗?可能顯示出不完整的圖像。為了解決這個(gè)問題踏拜，常規(guī)的OpenGL程序?少都會有兩個(gè)緩沖區(qū)碎赢。
2. 垂直同步：由于顯示器的刷新?般是逐?進(jìn)?的，為了防?交換緩沖區(qū)的時(shí)候屏幕上下區(qū)域的圖像分屬于兩個(gè)不同的幀速梗，交換一般會等待顯示器刷新完成的信號肮塞，在顯示器器兩次刷新的間隔中進(jìn)?交換，這個(gè)信號就被稱為垂直同步信號姻锁，這個(gè)技術(shù)被稱為垂直同步枕赵。
3. 三緩沖區(qū)技術(shù)：使用了雙緩沖區(qū)和垂直同步技術(shù)之后，由于總是要等待緩沖區(qū)交換之后再進(jìn)?下?幀的渲染位隶，使得幀率無法完全達(dá)到硬件允許的最??平拷窜。為了解決這個(gè)問題，引?了三緩沖區(qū)技術(shù)钓试。在等待垂直同步時(shí)装黑，來回交替渲染兩個(gè)離屏的緩沖區(qū)，?垂直同步發(fā)?生時(shí)弓熏，屏幕緩沖區(qū)和最近渲染完成的離屏緩沖區(qū)交換恋谭，實(shí)現(xiàn)充分利利?硬件性能的?的。