OpenGL入门（二）-- 快速了解OpenGL下的专业名词

跟随着我们上一篇文章《OpenGL入门（一）-- 图形API简介与作用》
的脚步，我们来大概了解一下OpenGL下的相关名词解释，当然，这些解释不一定是官方解释版本，我就是这么随便，有些地方加上了自己的一些理解意义，主要是方便自己查阅，学习过程很重要啊。。。

OpenGL上下文（context）

• 在应⽤程序调⽤任何OpenGL的指令之前，首先会创建一个OpenGL的上下文。这个上下⽂是一个⾮非常庞⼤的状态机，保存了了OpenGL中的各种状 态，是OpenGL指令执行的基础。
• OpenGL的函数不管由哪种语言调用，都是面向过程的函数，本质上都是对OpenGL上下文状态机中的某个状态或者对象进行相应的操作，前提是需要把这个对象设置为当前对象。因此，通过对OpenGL指令的封装，将OpenGL的相关调用封装成为一个面向对象的图形API。
• OpenGL的上下文是一个很复杂且巨大的状态机，切换上下文的时候，会产生比较大的开销，因为不同的绘制模块，可能会使用完全独立的状态管理。所以，可以在应用程序中分别创建多个不同的上下文，在不同的线程中使用不同的上下文，上下文之间共享纹理、缓冲区等资源。对比反复切换上下文，或者大量修改渲染状态，要更合理且高效一些。

OpenGL状态机

概念

状态机是一种理论上的机器，它描述了一个对象在其生命周期内所经历的各种状态，也可以说状态机是一种行为，说明对象在其生命周期中响应事件所经历的状态序列以及对状态事件的响应。

特点

• 有记忆功能，可以记住其当前的状态。
• 可以接收输入，根据输入的内容和自己的原先状态，修改自己当前的状态，并且可以有对应的输出。
• 当进入特殊状态（停机状态）的时候，不在接收输入，停止工作。

理解（主要类比OpenGL，因为我们的目标就是要玩OpenGL☺️）

• 在OpenGL中，OpenGL可以记录自己的状态，如当前所用的颜色，是否开启了混合功能等。
• OpenGL可以接收输入，当调用OpenGL函数的时候，可以看出是OpenGL在接收我们的输入。
  OpenGL可以进入停止状态，不在接收输入，在程序退出前，OpenGL总会先停止工作。

渲染（Rendering）

将图形/图像数据转换成3D空间的图像。

顶点数组（VertexArray）和顶点缓冲区（VertexBuffer）

• 画图一般是先画图像的骨架，然后往骨架里面填充颜色，OpenGL也是一样的，顶点数据就是要画的图像的骨架，只是OpenGL的图像骨架是由图元组成。在OpenGL ES中，由点、线、三角形三种基本的图元组成，一般来说顶点数据（顶点数组）存储在内存中，而性能更高的做法是提前分配一块显存，将顶点数据预先传入到显存中，这部分的显存即为顶点缓冲区。
• 顶点指的是在绘制一个图形时的顶点位置数据，这个数据可以直接存储在数组中或者缓存到GPU内存中。

管线

• 使用OpenGL渲染图形，有经历一个个的节点，这样的操作即可理解为管线，它是一个比较抽象的概念，之所以被称为管线，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。

固定管线/存储着色器

• 在早期的OpenGL版本中，封装了很多着色器程序块内置的一段包含了光照、坐标转换、裁剪等诸多功能的固定shader程序来帮助开发者完成图形的渲染，开发者只需要传入相应的参数就能快速的完成图形的渲染。
• 由于OpenGL的使用场景非常丰富，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

• 将固定的渲染管线架构变为了可编程渲染管线，OpenGL在实际调用绘制函数之前，还需要指定一个由shader编译成的着色器程序。常见的着色器主要有顶点着色器（VertexShader），片元着色器（FragmentShader）/像素着色器（PixelShader）、几何着色器（GeometryShader）、曲面细分着色器（TessellationShader）。直到OpenGL ES 3.0，依然只支持了顶点着色器和片元着色器这2个最基础的着色器。
• OpenGL在处理shader时，和其他编译器一样，需要通过编译、链接等步骤，生成了着色器程序（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。OpenGL进行绘制的时候，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，将图元这种矢量图形转换为栅格化数据，最后，将栅格化的数据传入片元着色器中进行运算，片元着色器会对栅格化的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

• 一般用于处理图形每个顶点变换（旋转/平移/投影等）。
• 顶点着色器是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，这是并行的，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也在这里发生。

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。
• 片元着色器是OpenGL中用于计算片段（像素）颜色的程序，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。

GLSL（OpenGL Shading Language）

OpenGL着色语言，是用来在OpenGL中着色编程的语言，它们是在图形卡GPU（Graphic Processor Unit图形处理单元）上执行的，代替了固定的渲染管线的一部分，使渲染管线中不同层次具有可编程形，如视图转换、投影转换等，GLSL的着色器代码分成2个部分：Vertex Shader（顶点着色器）和Fragment Shader（片元着色器）。

光栅化（Rasterization）

• 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像的作用，特点是每个元素对应帧缓冲区中的一像素。
• 光栅化其实是一种将几何图元变为二维图像的过程，该过程包含了两部分的工作。第一部分：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：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于对应位置的像素及用于填充像素的颜色，这个过程成为光栅化，这是一个将模拟信号转化为离散信号的过程。

纹理

纹理可以简单的理解为一张图片，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中，我们更加习惯叫纹理，而不是图片。

混合

在测试阶段后，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，如果需要更复杂的混合算法，一般可以通过像素着色器进行实现，当然性能会比原生的混合算法要差一些。

变换矩阵（Transformation）

在图形想发生平移、缩放、旋转变换时，就需要使用到变换矩阵。

投影矩阵

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。
• 如果每一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，为了解决以上问题，常规的OpenGL程序至少都会有2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幕缓冲区交换，实现图像在屏幕上的显示。
• 由于显示器的刷新一般都是逐行进行的，因此为了防止交换缓冲区的时候屏幕上下区域的图像分属2个不同的帧，因此交换一般会等待显示器刷新完成的信号，在显示器两次刷新的间隔中进行交换，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。
• 在使用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下一帧的渲染，使得帧率无法完全达到硬件允许的最高水平。为了解决这个问题，引入了三缓冲区技术，在等待垂直同步时，来回交替渲染2个离屏的缓冲区，而垂直同步发生时，屏幕缓冲区和最近渲染完成的离屏缓冲区交换，实现充分利用硬件性能的目的。

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总结：咱们说好了名词解释，就只是名词解释，绝不含糊，不会有相关代码，流程图的说明，哈哈，，不要着急，后面会有的。。。

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系列连载

OpenGL入门（一）-- 图形API简介与作用
OpenGL入门（二）-- 快速了解OpenGL下的专业名词
OpenGL入门（三）-- OpenGL坐标系解析与坐标变换
OpenGL入门（四）-- OpenGL坐标系与坐标变换
OpenGL入门（五）-- OpenGL渲染流程图解析
OpenGL入门（六）-- OpenGL 固定存储着色器的理解使用
OpenGL入门（七）-- 图形图像渲染中的深度缓冲区