1.常见的图形api简介

1.OpenGL (英语：Open Graphics Library)是一个用来渲染2D,3D矢量图行的跨平台和跨语言的编程图形的API,它将计算机的资源抽象成一个一个的OpenGL的对象，对这些资源的操作抽象成一个个的OpenGL指令！

2.OpenGL ES (OpenGL for Embedded Systems )是 OpenGL 三维图形 API 的子集，针对手机、PDA和游戏主机等嵌入式设备而设计，去除了许多不必要和性能较低的API接口。

3.DirectX 是微软公司创建的多媒体编程接口，有很多API组成的，并不是一个单纯的图形API，DirectX是属于Window上一个多媒体处理框架，并不支持除windows以外的平台不跨平台，按照性质分类可以分为四大部分，显示部分，声音部分输入部门和网络部分。

4.Matal 是在2014年apple为游戏开发者推出的新的平台技术，该技术能够为 3D 图像提高 10 倍的渲染性能，Metal是Apple为了解决3D渲染而推出的框架.

2.OpenGL 上下文（context）

1.在应⽤程序调⽤任何OpenGL的指令之前，需要安排⾸先创建⼀个OpenGL的上下⽂。这个上下⽂是⼀个⾮常庞⼤的状态机，保存了OpenGL中的各种状态，这也是OpenGL指令执⾏的基础。

2.OpenGL的函数不管在哪个语⾔中，都是类似C语⾔⼀样的⾯向过程的函数，本质上都是对OpenGL上下⽂这个庞⼤的状态机中的某个状态或者对象进⾏操作，当然你得⾸先把这个对象设置为当前对象。因此，通过对OpenGL指令的封装，是可以将OpenGL的相关调⽤封装成为⼀个⾯向对象的图形API的

3.由于OpenGL上下⽂是⼀个巨⼤的状态机，切换上下⽂往往会产⽣较⼤的开销，但是不同的绘制模块，可能需要使⽤完全独⽴的状态管理。因此，可以在应⽤程序中分别创建多个不同的上下⽂，在不同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。这样的⽅案，会⽐反复切换上下⽂，或者⼤量修改渲染状态，更加合理⾼效的。

3.状态机

状态机是理论上的⼀种机器.这个⾮常难以理解.所以我们把这个状态机这么理解.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，状态间的转变，发⽣转变的动因，条件及转变中所执⾏的活动。或者说，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那些状态事件的响应状态机有一下特点。

1.有记忆功能，能记住其当前的状态

2.可以接收输⼊，根据输⼊的内容和⾃⼰的原先状态，修改⾃⼰当前状态，并且可以有对应输出

3.当进⼊特殊状态（停机状态）的时候，变不再接收输⼊，停⽌⼯作；

4.OpenGL 状态机

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

2.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接收到这个输⼊后会修改⾃⼰的“当前颜⾊”这个状态；

3.OpenGL可以进入停止状态，不在接受输入。在程序退出的时候，OpenGL就会停止工作

5.渲染

将图形/图像数据转化成2D空间图像操作叫做渲染。有实物到图像的操作。

6.顶点数组(VertexArray )和顶点缓存区(VertexBuffer)

1.顶点数组是画出图像的基本框架。OpenGL 中的图像是有图元组成，在OpenGL ES有三种图元分别为点，线和三角形。顶点数组存在内存中，开发者可以选择设定函数指针，在调用绘制方法时，从内存中传入顶点数组，这些数组被称为顶点数组。这种读取方法性能不高，而性能高的做法是，提前分配一块显存，将顶点数组提前传入显存中，这部分显存就是顶点缓存区。

2.顶点指的是我们在绘制图片的时候，它的顶点位置数据，这个数据可以存储在内存中（顶点数组）也可以存储在GPU内存中（顶点缓存区）

6.着色器程序Shader

1.着色器是用来实现图像渲染的，用来替代固定渲染管线的可编辑程序。OpenGL 为实现可编程在实际调用绘制函数之前，需要指定一个有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)，片段着色器(FragmentShader)/像素着色器(PixelShader)，几何着色器(GeometryShader)，曲面细分着色器(TessellationShader)。片段着色器和像素着色器只是在OpenGL和DX的不同叫法。直到OpenGLES 3.0依然只支持顶点着色器和片段着色器这两个最基础的着色器。

2.OpenGL在处理shader时，和其他编译器⼀样。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。在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。

7.管线

渲染管线也称为渲染流水线或像素流水线或像素管线，是显示芯片内部处理图形信号相互独立的的并行处理单元。在某种程度上可以把渲染管线比喻为工厂里面常见的各种生产流水线，工厂里的生产流水线是为了提高产品的生产能力和效率，而渲染管线则是提高显卡的工作能力和效率。

8.固定管线/存储着色器

1.固定渲染管线的OpenGLES不需要也不允许你自己去定义顶点渲染和像素渲染的具体逻辑，它内部已经固化了一套完整的渲染流程，只需要开发者在CPU代码端输入渲染所需要的参数并指定特定的开关，就能完成不同的渲染。

9.顶点着色器(VertexShader)

1.用来处理图形顶点数据的变换（平移/旋转/缩放等）

2.顶点着色器是OpenGL中用于计算顶点数据的程序，顶点着色器是逐顶点运算的程序，每个顶点都会被顶点着色器执行一次，顶点与顶点运行时并行的，并且顶点着⾊器运算过程中⽆法访问其他顶点的数据。

3.⼀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

10.片元着色器FragmentShader

1.用来处理图形中每个像素点颜色计算和填充。

2.⽚段着⾊器是OpenGL中⽤于计算⽚段（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

11.GLSL(OpenGL Shading Language)

1.OpenGL着⾊语⾔（OpenGL Shading Language）是⽤来在OpenGL中着⾊编程的语⾔，也即开发⼈员写的短⼩的⾃定义程序，他们是在图形卡的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性。⽐如：视图转换、投影转换等。GLSL（GL Shading Language）的着⾊器代码分成2个部分：Vertex Shader（顶点着⾊器）和Fragment（⽚元着⾊器）.

12.光栅化Rasterization

1.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。（画正方形时，在四个边内涂上颜色）

2.光栅化是将几何图元，转化成二维图像的过程。该过程包含了两部分的⼯作。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

3.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，这个过程称为光栅化，这是⼀个将模拟信号转化为离散信号的过程。

13.纹理

纹理是图片，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.

14.混合Blending

1.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实现，当然性能会⽐原⽣的混合算法差⼀些.

2.两个图层都被放在同一块区域中，这块区域的像素显示需要依据这个两个图层通过混合计算。

15.变换矩阵Transformation

图形需要缩放平移缩放变换就需要矩阵帮我们完成。

16.投影矩阵Projection

二维屏幕需要显示3D实物的时候需要投影矩阵

17.渲染上屏/交换缓冲区(SwapBuffer)

1.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。

2 由于显示器的刷新⼀般是逐⾏进⾏的，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于两个不同的帧，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

3. 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，来回交替渲染两个离屏的缓冲区，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.