圖形API

要了解OpenGL，首先需要知道什么是圖形API挖藏。簡(jiǎn)單解釋圖形API就是圖形的底層渲染實(shí)現(xiàn)方法最楷。并且它是iOS開(kāi)發(fā)者唯?接近GPU的?式。以下介紹OpenGL铲敛、OpenGL ES褐澎、DirectX、Metal圖形API伐蒋，而本文目的是記錄OpenGL相關(guān)名詞解釋工三，加深自己理解，提供交流學(xué)習(xí)先鱼！
?（Open Graphics Library）：是一個(gè)的編程圖形程序接口，它將計(jì)算機(jī)的資源抽象成一個(gè)個(gè)OpenGL的對(duì)象焙畔，對(duì)這些資源的操作抽象為一個(gè)個(gè)的OpenGL指令掸读。
?（OpenGL for Embedded Systems）：是 OpenGL 三維圖形 API 的，針對(duì)?機(jī)宏多、PDA和游戲主機(jī)等嵌?式設(shè)備?設(shè)計(jì)儿惫，去除了許多不必要和性能較低的API接?。
?：是由很多API組成的伸但，DirectX并不是?個(gè)單純的圖形API肾请。 最重要的是DirectX是屬于Windows上?個(gè)多媒體處理框架，并且不?持Windows以外的平臺(tái)更胖，所以不是跨平臺(tái)框架铛铁。 按照性質(zhì)分類，可以分為四?部分：顯示部分却妨、聲?部分饵逐、輸?部分和?絡(luò)部分。
?：Apple為游戲開(kāi)發(fā)者推出了新的平臺(tái)技術(shù)Metal管呵，該技術(shù)能夠?yàn)?3D 圖像提?10倍的渲染性能梳毙。Metal是Apple為了解決3D渲染而推出的框架。

OpenGL專業(yè)名詞

1.OpenGL 狀態(tài)機(jī)

?狀態(tài)機(jī)是理論上的?種機(jī)器捐下，描述了?個(gè)對(duì)象在其?命周期內(nèi)所經(jīng)歷的各種狀態(tài)账锹，狀態(tài)間的轉(zhuǎn)變，發(fā)?轉(zhuǎn)變的動(dòng)因坷襟，條件及轉(zhuǎn)變中所執(zhí)?的活動(dòng)奸柬。狀態(tài)機(jī)具有：1、記憶功能婴程；2廓奕、修改功能；3、停機(jī)功能桌粉。 還是以計(jì)算器計(jì)算為例：計(jì)算器輸入1+2+3-1x1蒸绩，先執(zhí)行1x1狀態(tài)，然后記憶下1x1的結(jié)果铃肯，變成1+2+3-1患亿，然后1+2的狀態(tài)修改為3并保存下來(lái)，以此類推得到狀態(tài)5押逼，停止計(jì)算步藕，直到繼續(xù)輸入計(jì)算。類推到OpenGL 中來(lái),可以這么理解：
? OpenGL可以記錄??的狀態(tài)（如當(dāng)前所使?的顏?挑格、是否開(kāi)啟了混合功能等）咙冗；
? OpenGL可以接收輸?（當(dāng)調(diào)?OpenGL函數(shù)的時(shí)候，實(shí)際上可以看成OpenGL在接收我們的輸?）漂彤，如我們調(diào)?glColor3f雾消，則OpenGL接收到這個(gè)輸?后會(huì)修改??的“當(dāng)前顏?”這個(gè)狀態(tài)；
? OpenGL可以進(jìn)?停?狀態(tài)显歧，不再接收輸?仪或。在程序退出前，OpenGL總會(huì)先停??作的士骤。

2.OpenGL 上下? ( context )

?在應(yīng)用程序調(diào)用任何OpenGL的指令之前，?先會(huì)創(chuàng)建OpenGL的上下?蕾域，這個(gè)上下?是?個(gè)?常龐?的狀態(tài)機(jī)拷肌，保存了OpenGL中的各種狀態(tài)，這也是OpenGL指令執(zhí)?的基礎(chǔ)旨巷。OpenGL的函數(shù)不管在哪個(gè)語(yǔ)?中巨缘，都是類似C語(yǔ)??樣的?向過(guò)程的函數(shù)，本質(zhì)上都是對(duì)OpenGL上下?這個(gè)龐?的狀態(tài)機(jī)中的某個(gè)狀態(tài)或者對(duì)象進(jìn)?操作采呐。因?yàn)?code>OpenGL上下?是?個(gè)巨?的狀態(tài)機(jī)切換上下?往往會(huì)產(chǎn)?較?的開(kāi)銷若锁，所以可以在應(yīng)?程序中分別創(chuàng)建多個(gè)不同的上下?，在不同線程中使?不同的上下?斧吐，上下?之間共享紋理又固、緩沖區(qū)等資源，這樣更加合理高效煤率。
?打個(gè)比方OpenGL 上下? ( context )就是計(jì)算器計(jì)算一個(gè)結(jié)果的加仰冠、減、乘蝶糯、除過(guò)程洋只，計(jì)算結(jié)果就是你想要的圖形，而這個(gè)計(jì)算過(guò)程就是OpenGL 上下? ( context )。比如1+7=8识虚；2*4=8肢扯。其中1，7担锤，2鹃彻，4就是OpenGL中的各種狀態(tài)的對(duì)象，加和乘就是context妻献，結(jié)果8就是最終你想要的圖形蛛株。

3.渲染

渲染：將圖形或者圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成2D空間圖像顯示到屏幕的操作叫做渲染(Rendering)。

4.頂點(diǎn)數(shù)組( VertexArray ) 和 頂點(diǎn)緩沖區(qū)（ VertexBuffer )

? OpenGL中的圖像是由圖元組成育拨，在OpenGL ES中谨履，有3種類型的圖元：點(diǎn)、線熬丧、三?形笋粟。而圖像的輪廓就是頂點(diǎn)數(shù)據(jù)，比如三角形就是三個(gè)頂點(diǎn)數(shù)據(jù)析蝴。在繪制圖像時(shí)將這些頂點(diǎn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在內(nèi)存當(dāng)中害捕，我們稱為。
? 為提高性能闷畸，提前分配?塊顯存預(yù)存存入頂點(diǎn)數(shù)據(jù)尝盼，這部分的顯存，就被稱為佑菩。

5.管線

OpenGL按照順序一個(gè)一個(gè)節(jié)點(diǎn)渲染圖形盾沫，這樣的操作可以稱之為。比如工廠生產(chǎn)肥皂??殿漠，由原料-->肥皂水-->模具-->肥皂塊的順序過(guò)程就是赴精。

6.固定管線/存儲(chǔ)著?器

經(jīng)過(guò)封裝的，不可改變的著色器程序塊稱為绞幌。比如管線舉例的模具固定為方形的蕾哟，因?yàn)槌杀竞托枨笤虿荒芨某扇切位蛭褰切恰?/p>

7.可編程管線

與固定管線相反，可以編程的著色器程序塊莲蜘，叫做可編程管線谭确。

8.著?器程序（Shader）

常?的著?器主要有頂點(diǎn)著?器（VertexShader），?段著色器（FragmentShader）/像素著?器（PixelShader）菇夸，?何著?器（GeometryShader）琼富，曲?細(xì)分著?器（TessellationShader）。
? 頂點(diǎn)著?器（VertexShader）是OpenGL中?于計(jì)算頂點(diǎn)屬性（確定位置庄新、縮放鞠眉、平移薯鼠、旋轉(zhuǎn)）的程序。每個(gè)頂點(diǎn)數(shù)據(jù)都會(huì)執(zhí)??次頂點(diǎn)著?器械蹋。
? 片元著色器（FragmentShader）是OpenGL中?于計(jì)算?段（像素）顏?的程序出皇。

9.GLSL(OpenGL Shading Language)

GLSL(OpenGL Shading Language)即是自定義且短小的用來(lái)在OpenGL中著色編程語(yǔ)言。

10.光柵化（Rasterization）

? 將頂點(diǎn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為?元的過(guò)程哗戈；
? 將?何圖元變?yōu)?維圖像的過(guò)程郊艘；
? 將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為離散信號(hào)的過(guò)程。

11.紋理

可以理解為圖?唯咬，但是在OpenGL纱注，我們更加習(xí)慣叫紋理！

12.混合（Blending)

多顏色像素合并在一起的過(guò)程稱為混合胆胰。

13.變換矩陣（Transformation）

圖形想發(fā)?平移狞贱、縮放、旋轉(zhuǎn)變換.就需要使?變換矩陣蜀涨。

14.投影矩陣（Projection）

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)?繪制瞎嬉。

15.渲染上屏/交換緩沖區(qū)（SwapBuffer）

屏幕顯示的圖像是通過(guò)窗口渲染緩沖區(qū)映射，每個(gè)窗口只有一個(gè)緩沖區(qū)厚柳，如果屏幕刷新氧枣，窗口就會(huì)顯示不完整的圖像。為解決此問(wèn)題别垮，常規(guī)的OpenGL程序?少都會(huì)有兩個(gè)緩沖區(qū)：1.顯示在屏幕上的稱為屏幕緩沖區(qū)便监；2.沒(méi)有顯示的稱為離屏緩沖區(qū)。它們不斷切換的行為宰闰，就是交換緩沖區(qū)茬贵。

16.垂直同步信號(hào)

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)不同的幀移袍，因此交換?般會(huì)等待顯示器刷新完成的信號(hào)，在顯示器兩次刷新的間隔中進(jìn)?交換老充，這個(gè)信號(hào)就被稱為垂直同步信號(hào)葡盗。

17.三緩沖區(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?幀的渲染啡浊，使得幀率無(wú)法完全達(dá)到硬件允許的最??平觅够。為了解決這個(gè)問(wèn)題，引?了三緩沖區(qū)技術(shù)巷嚣。在等待垂直同步時(shí)喘先，來(lái)回交替渲染兩個(gè)離屏的緩沖區(qū)，?垂直同步發(fā)?生時(shí)廷粒，屏幕緩沖區(qū)和最近渲染完成的離屏緩沖區(qū)交換窘拯，實(shí)現(xiàn)充分利利?硬件性能的?的红且。

18.坐標(biāo)系

OpenGL坐標(biāo)變換全局圖

image.png

• 物體坐標(biāo)，以物體為基準(zhǔn)的坐標(biāo)系涤姊。
• 世界坐標(biāo)暇番，以全局為基準(zhǔn)的坐標(biāo)系。
• 慣性坐標(biāo)思喊，用于做轉(zhuǎn)換運(yùn)算：物體坐標(biāo) <=> 慣性坐標(biāo) <=> 世界坐標(biāo)壁酬。
  • 慣性坐標(biāo)的原點(diǎn)和物體坐標(biāo)一致，兩坐標(biāo)系通過(guò)旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換恨课。
  • 慣性坐標(biāo)的X軸Y軸與世界坐標(biāo)水平舆乔，兩坐標(biāo)系通過(guò)平移轉(zhuǎn)換。
• 視窗坐標(biāo)剂公，我們手機(jī)窗口對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)系統(tǒng)希俩，以左上角為原點(diǎn)(0,0)，右下角對(duì)應(yīng)我們手機(jī)最大像素集合诬留，如果手機(jī)像素為1334*750斜纪，則右下角坐標(biāo)為(1334,750)。
• 規(guī)格化設(shè)備坐標(biāo)文兑，是以屏幕中心為原點(diǎn)盒刚，X軸朝右，Y軸朝上绿贞，所以左下角的坐標(biāo)為(-1,-1)因块，右上角坐標(biāo)為(1,1)。在規(guī)格化設(shè)備坐標(biāo)系需要考慮Z軸籍铁，需要將一個(gè)平面的思維轉(zhuǎn)為立體涡上，原點(diǎn)是(0,0,0)即立方體中心點(diǎn)。
• 視覺(jué)坐標(biāo)拒名，是從我們眼睛出發(fā)朝我們的手機(jī)設(shè)備看過(guò)去的坐標(biāo)吩愧，會(huì)有一個(gè)Z軸最遠(yuǎn)最近距離，只有在這兩者之間并且滿足X軸和Y軸坐標(biāo)在屏幕當(dāng)中的坐標(biāo)才會(huì)顯示增显，越遠(yuǎn)的顯示越小雁佳，產(chǎn)生透視效果。