OpenGL ES 图形管线解析

OpenGL ES 3.0实现了具有可编程着色功能的图形管线，如下图所示顶点着色器和片元着色器是OpenGL ES 3.0中管线的可编程阶段。

OpenGL ES 图形管线

顶点着色器

• 顶点着色器输入:
  1. 着色器程序 --- 描述顶点上执行操作的顶点着⾊器程序源代码/可执行文件
  2. 顶点着色器输入(属性) --- 用顶点数组提供每个顶点的数据
  3. 统一变量(uniform) --- 顶点/⽚元着色器使用的不变数据
  4. 采样器 --- 代表顶点着⾊器使用纹理的特殊统一变量类型

顶点着色器

• 顶点着⾊器业务:

  1. 矩阵变换位置
  2. 计算光照公式生成逐顶点颜色
  3. ⽣成/变换纹理坐标

  总结: 它可以用于执行⾃定义计算,实施新的变换,照明或者传统的固定功能所不允许的基于顶点的效果

• 顶点着色器GLSL代码案例：

attribute vec4 position;
attribute vec2 textCoordinate; 
uniform mat4 rotateMatrix; 
varying lowp vec2 varyTextCoord; 
void main()
{
    varyTextCoord = textCoordinate; 
    vec4 vPos = position;
    vPos = vPos * rotateMatrix;
    gl_Position = vPos;
}

图元装配

顶点着⾊器之后,下一个阶段就是图元装配。

• 图元(Primitive): 点,线,三⻆形等几何对象。

图元装配: 将顶点数据计算成一个个图元.在这个阶段会执行裁剪、透视分割和Viewport变换操作。

图元类型和顶点所确定将被渲染的单独图元。对于每个单独图元及其对应的顶点，图元装配阶段执行的操作包括:将顶点着⾊器的输出值执行裁剪、透视分割、视⼝变换后进⼊光栅化阶段。

光栅化

在这个阶段绘制对应的图元(点/线/三角形). 光栅化就是将图元转化成一组二维片段的过程.⽽这些转化的片段将由片元着⾊器处理.这些二维片段就是屏幕上可绘制的像素.

⽚段着⾊器/⽚元着⾊器

• ⽚元着色器/⽚段着⾊器输入:
  1. 着⾊器程序—--描述片段上执行操作的片元着⾊器程序源代码/可执行文件
  2. 输⼊变量--—光栅化单元用插值为每个片段生成的顶点着⾊器输出
  3. 统⼀变量(uniform)—--顶点/片元着⾊色器使用的不变数据
  4. 采样器—--代表顶点着⾊器使用纹理的特殊统一变量类型

⽚元着⾊器

• ⽚元着⾊器业务:
  1. 计算颜色
  2. 获取纹理值
  3. 往像素点中填充颜色值（纹理值/颜色值）

总结: 它可以用于图片/视频/图形中每个像素的颜色填充(比如给视频添加滤镜,实际上就是将视频中每个图片的像素点颜色填充进行修改.)

• 片元着色器GLSL代码案例：

varying lowp vec2 varyTextCoord; 
uniform sampler2D colorMap; 
void main()
{
    gl_FragColor = texture2D(colorMap, varyTextCoord);
}

逐片段操作

逐片段操作

• 像素归属测试: 确定帧缓存区中位置(Xw,Yw)的像素⽬前是不是归属于OpenGL ES所有. 例如,如果一个显示OpenGL ES帧缓存区View被另外⼀个View所遮蔽.则窗口系统可以确定被遮蔽的像素不属于OpenGL ES上下文.从而不全显示这些像素.而像素归属测试是OpenGL ES的⼀部分,它不由开发者开人为控制,而是由OpenGL ES内部进行.
• 裁剪测试: 裁剪测试确定(Xw,Yw)是否位于作为OpenGL ES状态的一部分裁剪矩形范围内.如果该⽚段位于裁剪区域之外,则被抛弃.
• 深度测试: 输⼊片段的深度值进行⽐较,确定片段是否拒绝测试
• 混合: 将新生成的⽚段颜色与保存在帧缓存的位置的颜⾊值组合起来.
• 抖动: 抖动可⽤于最小化因为使用有限精度在帧缓存区中保存颜色值⽽产生的伪像。