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OpenGL 专业名词解析

OpenGL 专业名词解析

作者: 如意神王 | 来源:发表于2019-06-21 13:06 被阅读0次

    1.OpenGL 上下⽂文(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.

    2.OpenGL 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。因此具有以下特点:

    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,便不再接收输⼊,停⽌工作

    类推到OpenGL 中来,可以这么理理解:OpenGL 状态机

    4.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)

    5.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;

    6.OpenGL可以进⼊停⽌状态,不再接收输入。在程序退出前,OpenGL总 会先停⽌止工作的;

    3.渲染

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

    4.顶点数组(VertexArray)和顶点缓冲区(VertexBuffer)

    画图⼀般是先画好图像的⻣架,然后再往骨架⾥⾯填充颜色,这对于 OpenGL也是⼀样的。顶点数据就是要画的图像的⻣架,和现实中不同的 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、三角形。那这些顶点数据最终是存储在哪⾥的呢?开发者可 以选择设定函数指针,在调⽤绘制⽅法的时候,直接由内存传入顶点数 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

    5.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端流到 另一端,这个顺序是不能打破的

    6.固定管线/存储着⾊器

    在早期的OpenGL 版本,它封装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

    7.着⾊器程序Shader

    1.就全面的将固定渲染管线架构变为了可编程渲染管线。因此,OpenGL在实 际调⽤用绘制函数之前,还需要指定⼀个由shader编译成的着⾊器程序。常 ⻅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中的不同叫法而已。可惜的是,直到 OpenGLES 3.0,依然只支持了顶点着色器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

    8.顶点着⾊色器器VertexShader

    1.⼀般用来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,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

    2.一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。

    9.⽚元着⾊器程序FragmentShader

    1.一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

    10.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(片断着⾊器)

    11.光栅化Rasterization

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

    2.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。

    3.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

    4.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

    12.纹理

    1.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 习惯叫纹理理,⽽不是图片.

    13.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.

    14.矩阵变换

    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绘制

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