OpenGL专业名词解析

作者: JayFw | 来源:发表于2019-05-14 22:31 被阅读0次

OpenGL 状态机

OpenGL可以记录⾃自⼰己的状态(如当前所使⽤用的颜色、是否开启了了混合功能等)

OpenGL可以接收输入(当调用OpenGL函数的时候，实际上可以看成OpenGL在接收我们的输⼊)，如我们调用glColor3f，则OpenGL接收到这个输⼊入后会修改⾃自⼰己的“当前颜⾊色”这个状态;

OpenGL可以进⼊入停⽌止状态，不不再接收输⼊入。在程序退出前，OpenGL总会先停⽌止⼯工作的;

OpenGL 专业名词解析

渲染:将图形/图像数据转换成3D空间图像操作叫做渲染(Rendering).

顶点数组(VertexArray)和顶点缓冲区(VertexBuffer)

画图⼀一般是先画好图像的⻣骨架，然后再往⻣骨架⾥里里⾯面填充颜⾊色，这对于OpenGL也是⼀一样的。顶点数据就是要画的图像的⻣骨架，和现实中不不同的是，OpenGL中的图像都是由图元组成。在OpenGLES中，有3种类型的图元:点、线、三⻆角形。那这些顶点数据最终是存储在哪⾥里里的呢?开发者可以选择设定函数指针，在调⽤用绘制⽅方法的时候，直接由内存传⼊入顶点数据，也就是说这部分数据之前是存储在内存当中的，被称为顶点数组。⽽而性能更更⾼高的做法是，提前分配⼀一块显存，将顶点数据预先传⼊入到显存当中。这部分的显存，就被称为顶点缓冲区。

顶点指的是我们在绘制⼀一个图形时,它的顶点位置数据.而这个数据可以直接存储在数组中或者将其缓存到GPU内存中。

管线:在OpenGL 下渲染图形,就会有经历一个一个节点.⽽这样的操作可以理解为管线.大家可以想象成流水线.每个任务类似流⽔线般执行.任务之间有先后顺序. 管线是⼀个抽象的概念，之所以称之为管线是因为显卡在处理数据的时候是按照一个固定的顺序来的，而且严格按照这个顺序。就像水从一根管子的⼀一端流到另⼀端，这个顺序是不能打破的。

固定管线/存储着⾊色器器

在早期的OpenGL 版本,它封装了了很多种着色器程序块。内置的一段包含了光照、坐标变换、裁剪等诸多功能的固定shader程序来完成,来帮助开发者来完成图形的渲染. 而开发者只需要传⼊相应的参数,就能快速完成图形的

渲染. 类似于iOS开发会封装很多API,而我们只需要调⽤,就可以实现功能.不需要关注底层实现原理，但是由于OpenGL 的使⽤用场景非常丰富,固定管线或存储着色器⽆法完成每⼀个业务.这时将相关部分开放成可编程。

着色器程序Shader

就全⾯面的将固定渲染管线架构变为了了可编程渲染管线。因此，OpenGL在实际调⽤用绘制函数之前，还需要指定⼀一个由shader编译成的着⾊色器器程序。常见的着色器器主要有顶点着⾊色器器(VertexShader)，⽚片段着⾊器(FragmentShader)/像素着⾊器(PixelShader)，⼏何着⾊器(GeometryShader)，曲⾯面细分着⾊器(TessellationShader)。⽚段着⾊器和像素着⾊色器器只是在OpenGL和DX中的不不同叫法⽽而已。可惜的是，直到OpenGLES 3.0，依然只⽀支持了顶点着⾊器和⽚段着色器这两个最基础的着⾊器。

OpenGL在处理理shader时，和其他编译器器⼀一样。通过编译、链接等步骤，⽣成了了着色器程序(glProgram)，着色器程序同时包含了顶点着⾊器和⽚段着色器的运算逻辑。在OpenGL进⾏行绘制的时候，⾸首先由顶点着⾊器对传⼊的顶点数据进行运算。再通过图元装配，将顶点转换为图元。然后进⾏光栅化，将图元这种⽮矢量图形，转换为栅格化数据。最后，将栅格化数据传入片段着⾊器中进⾏运算。⽚段着⾊器会对栅格化数据中的每⼀个像素进行运算，并决定像素的颜⾊

顶点着色器VertexShader

一般⽤用来处理图形每个顶点变换(旋转/平移/投影等)顶点着⾊色器器是OpenGL中⽤于计算顶点属性的程序。顶点着⾊器是逐顶点运算的程序，也就是说每个顶点数据都会执行一次顶点着色器，当然这是并行的，并且顶点着⾊器运算过程中⽆法访问其他顶点的数据.

⼀般来说典型的需要计算的顶点属性主要包括顶点坐标变换、逐顶点光照运算等等。顶点坐标由⾃身坐标系转换到归⼀化坐标系的运算，就是在这里发⽣的。

⽚元着⾊器程序FragmentShader

一般⽤来处理图形中每个像素点颜⾊计算和填充,片段着⾊器是OpenGL中⽤用于计算片段(像素)颜色的程序。片段着⾊器是逐像素运算的程序，也就是说每个像素都会执行一次片段着色器，当然也是并行的。

光栅化Rasterization

是把顶点数据转换为片元的过程，具有将图转化为⼀个个栅格组成的图象的作⽤，特点是每个元素对应帧缓冲区中的⼀像素。

光栅化就是把顶点数据转换为⽚元的过程。⽚元中的每⼀个元素对应于帧缓冲区中的⼀个像素。

光栅化其实是一种将⼏何图元变为⼆维图像的过程。该过程包含了了两部分的工作。第⼀部分工作:决定窗口坐标中的哪些整型栅格区域被基本图元占用;第⼆部分工作:分配⼀个颜色值和一个深度值到各个区域。光栅化过程产⽣的是⽚元。

把物体的数学描述以及与物体相关的颜色信息转换为屏幕上⽤用于对应位置的像素及⽤用于填充像素的颜色，这个过程称为光栅化，这是一个将模拟信号转化为离散信号的过程。

纹理

纹理可以理解为图片. 大家在渲染图形时需要在其编码填充图片,为了使得场景更加逼真.而这里使⽤的图⽚,就是常说的纹理.但是在OpenGL,我们更加习惯叫纹理,而不是图片.

混合(Blending)

在测试阶段之后，如果像素依然没有被剔除，那么像素的颜色将会和帧缓冲区中颜⾊附着上的颜⾊进行混合，混合的算法可以通过OpenGL的函数进行指定。但是OpenGL提供的混合算法是有限的，如果需要更加复杂的混合算法，⼀般可以通过像素着⾊器进行行实现，当然性能会⽐比原⽣的混合算法差⼀些。

变换矩阵(Transformation)

例如图形想发⽣平移,缩放,旋转变换.就需要使⽤变换矩阵。

投影矩阵Projection

用于将3D坐标转换为二维屏幕坐标,实际线条也将在二维坐标下进⾏行绘制。

渲染上屏/交换缓冲区(SwapBuffer)

渲染缓冲区一般映射的是系统的资源⽐如窗口。如果将图像直接渲染到窗口对应的渲染缓冲区，则可以将图像显示到屏幕上。

但是，值得注意的是，如果每个窗口只有一个缓冲区，那么在绘制过程中屏幕进行了刷新，窗⼝可能显示出不完整的图像为了解决这个问题，常规的OpenGL程序至少都会有两个缓冲区。显示在屏幕上的称为屏幕缓冲区，没有显示的称为离屏缓冲区。在⼀个缓冲区渲染完成之后，通过将屏幕缓冲区和离屏缓冲区交换，实现图像在屏幕上的显示。

由于显示器的刷新⼀般是逐⾏行的，因此为了了防⽌交换缓冲区的时候屏幕上下区域的图像分属于两个不同的帧，因此交换⼀般会等待显示器器刷新完成的信号，在显示器两次刷新的间隔中进⾏行交换，这个信号就被称为垂直同步信号，这个技术被称为垂直同步使⽤用了了双缓冲区和垂直同步技术之后，由于总是要等待缓冲区交换之后再进⾏行行下⼀一帧的渲染，使得帧率⽆无法完全达到硬件允许的最⾼高⽔水平。为了了解决这个问题，引⼊入了了三缓冲区技术，在等待垂直同步时，来回交替渲染两个离屏的缓冲区，⽽而垂直同步发⽣生时，屏幕缓冲区和最近渲染完成的离屏缓冲区交换，实现充分利利⽤用硬件性能的⽬的。