openGL初识

openGL / openGL ES

• openGL (open Graphics Library 开放式图形库)。用于渲染2D、3D图形的跨平台API。openGL只进行图形的渲染，不做图形的显示。
• openGL ES (openGL for Embedded Systems) ，是openGL图形API的子集，针对手机、pad和游戏主机等嵌入式设备设计的

可以解决什么问题：

• 游戏图形渲染
• 音视频开发，视频解码后的数据渲染
• 地图引擎上的数据渲染
• 动画绘制
• 视频处理中对于视频上添加滤镜

其本质是：利用GPU芯片来高效渲染图形图像

状态机

状态机描述了一个对象在其生命周期内所经历的各种状态，状态机的特性：

• 有记忆功能，可以记住自己当前的状态
• 它可以接收输入，根据输入的内容和自己当前的状态，修改自己的状态，并且可以得到输出
• 当它处于某种特殊状态(停机状态)，可以不再接收输入

openGL内部可以理解为一个大型的状态机，开发者所做的大部分工作就是对这个状态机进行读取和设置工作。openGL中颜色、纹理坐标、光源、源因子和目标因子等因素，都是状态

• openGL可以记录自己的状态(比如当前所使用的颜色，是否开启了混合等)
• 调用openGL函数，可以看成openGL在接收输入，比如调用glColor3f，openGL收到这个输入之后会调整当前的颜色
• openGL可以进入停止状态。比如调用glEnable和glDisable，可以实现状态的开启和关闭

上下文

openGL采用了客户端-服务器模式(并非平时开发中理解的客户端服务器)，客户端：负责发送openGL命令，服务端：负责接收openGL命令并执行相应的操作。我们可以认为每一个硬件GPU是一个服务器，每一个绘制上下文对应一个客户端，每个客户端维护着自己的一套状态机。
每个窗口一个上下文，可以保证状态机不相互影响。但多个窗口需要使用同一份纹理。所以需要避免重复的资源申请。如何避免？使上下文之间的资源可以共享。如先创建上下文A，再以A为输入，创建上下文B，则B可以访问A的上下文中创建的纹理等资源
纹理、shader、Buffer等资源是可以共享的，但Frame Buffer Object(FBO)、Vertex Array Object(VAO)等容器对象不可共享，但可以将共享的纹理和VBO绑定到各自的上下文容器对象上。

渲染 Rendering

将图形/图像数据转换成3D空间图像的操作

顶点数组和顶点缓冲区

顶点是指在绘制一个图形时，它的顶点位置数据。这个数据是可以直接存储在数组中的，称为顶点数组
为了使性能更高，可以提前分配一块显存，将顶点数据预先传入到显存当中。这部分的显存，就称为顶点缓冲区

管线

在openGL中渲染图形，处理数据是按照一个固定的顺序来处理的，类似水从一个管子的一端流到另一端，这个顺序不能被打破。

• 固定管线(又称为存储着色器)
  早期的openGL版本，封装了很多种内置着色器程序，包含光照、坐标变换、裁剪等诸多功能，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，就能快速完成图形的渲染
• 可编程管线
  由于openGL的使用场景非常丰富，固定存储着色器无法完成业务场景，所以部分开发成可编程

着色器程序Shader

其本质是一段代码，完成着色器功能。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
openGL在进行绘制的时候，首先由顶点着色器对传入的顶点数据进行计算。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，将栅格化数据传入片元着色器中进行运算、
常用的着色器：

• 顶点着色器
  是用来计算顶点属性的程序， 一般用来处理图形每个顶点的变换(旋转/平移/投影等等)。每个顶点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
• 片元着色器/片段着色器
  是用于计算片段(像素)颜色的程序，用来处理图形中每个像素点颜色的计算和填充。是逐像素并行运算的程序，也就是说每个像素都会执行一次片元着色器

GLSL着色语言(OpenGL Shading Language)

是用来在openGL中着色编程的语言，即开发人员编写的自定义程序，这些代码是在GPU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性。比如视图转换、投影转换等
GLSL的代码分为两个部分：Vertex Shader 顶点着色器 和 Fragment片元着色器

光栅化

是一种将几何图元转变为二维图像的过程，包含两部分工作：

• 决定窗口坐标中的哪些整型栅格区域被基本图元占用
• 分配一个颜色和一个深度值到各个区域
  光栅化之后产生的是片元，片元的每一个元素对应于帧缓冲区中的一个像素。
  通俗的理解：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以及用于填充像素的颜色，是一个将模拟信号转换为离散信号的过程，这个过程称为光栅化

纹理

可以理解为图片、位图

混合

不同颜色的图层加在一起的颜色，是通过混合技术计算出来的。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实现。

变换矩阵

图形发生平移、缩放、旋转变换，使用的变换矩阵

投影矩阵

用于将3D坐标转换为二维屏幕坐标，实际的线条也将在二维坐标下进行绘制