OpenGL ES 名詞解釋(一)

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一.前言
二.OpenGL ES 上下文
三.OpenGL ES 狀態(tài)機(jī)
四.緩存
五.渲染
六.紋理
七.光柵化 Rasterization
八.片元著色器
九.頂點(diǎn)著色器
十.著?語(yǔ)言 GLSL
十一.著色器使用流程
十二.著色器的渲染流程
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一.前言

OpenGL（Open Graphics Library）是 Khronos Group （一個(gè)圖形軟硬件行業(yè)協(xié)會(huì)，該協(xié)會(huì)主要關(guān)注圖形和多媒體方面的開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)）開(kāi)發(fā)維護(hù)的一個(gè)規(guī)范，它是硬件無(wú)關(guān)的。它主要為我們定義了用來(lái)操作圖形和圖片的一系列函數(shù)的 API，OpenGL 本身并非 API。

OpenGL ES（OpenGL for Embedded Systems）是 OpenGL 的子集，針對(duì)手機(jī)、PDA 和游戲主機(jī)等嵌入式設(shè)備而設(shè)計(jì)。該規(guī)范也是由 Khronos Group 開(kāi)發(fā)維護(hù)。

OpenGL ES 去除了四邊形（GL_QUADS）、多邊形（GL_POLYGONS）等復(fù)雜圖元，以及許多非絕對(duì)必要的特性，剩下最核心有用的部分。可以理解成是一個(gè)在移動(dòng)平臺(tái)上能夠支持 OpenGL 最基本功能的精簡(jiǎn)規(guī)范。

二.OpenGL ES 上下文

OpenGL ES 是一個(gè)狀態(tài)機(jī)，相關(guān)的配置信息會(huì)被保存在一個(gè)上下文（Context）中，這個(gè)些值會(huì)被一直保存，直到被修改。但我們可以配置多個(gè)上下文，通過(guò)調(diào)用setCurrentContext 來(lái)切換

[EAGLContext setCurrentContext:context]

三.OpenGL ES 狀態(tài)機(jī)

首先簡(jiǎn)單了解一下什么是”狀態(tài)機(jī)”，比如我們使用的電腦，接受各種輸入(鼠標(biāo)，鍵盤(pán)，攝像頭等)，然后改變自己當(dāng)前的狀態(tài)，但卻并不知道狀態(tài)的改變是如何實(shí)現(xiàn)的。OpenGL 類(lèi)似，接受各種參數(shù)，然后參數(shù)的改變引起當(dāng)前狀態(tài)的改變，達(dá)到一種新的狀態(tài)(如：顏色改變，紋理變化，光照強(qiáng)弱變化)。

OpenGL 狀態(tài)機(jī)表示一組狀態(tài)變量的集合。OpenGL 使用狀態(tài)機(jī)來(lái)保存所有的狀態(tài)變量。當(dāng)一個(gè)狀態(tài)變量被修改后，它會(huì)一直保持這個(gè)狀態(tài)，直到再次修改它的狀態(tài)。

可以使用函數(shù)很簡(jiǎn)單的對(duì)某個(gè)狀態(tài)做打開(kāi)，關(guān)閉，查詢(xún)操作，以深度測(cè)試為例：

glEnable(GL_DEPTH_TEST); 打開(kāi)深度測(cè)試
glDisable(GL_DEPTH_TEST);關(guān)閉深度測(cè)試
glIsEnabled(GL_DEPTH_TEST);是否打開(kāi)深度測(cè)試

四.緩存

OpenGL ES 部分運(yùn)行在 CPU 上，部分運(yùn)行在 GPU 上，為了協(xié)調(diào)這兩部分的數(shù)據(jù)交換，定義了緩存（Buffers）的概念。CPU 和 GPU 都有獨(dú)自控制的內(nèi)存區(qū)域，緩存可以避免數(shù)據(jù)在這兩塊內(nèi)存區(qū)域之間進(jìn)行復(fù)制，提高效率。緩存實(shí)際上就是指一塊連續(xù)的 RAM 。

五.渲染

將圖片、視頻、按鈕等繪制到屏幕上的過(guò)程叫渲染

六.紋理

紋理可以理解為圖片. 大家在渲染圖形時(shí)需要在其編碼填充圖片,為了使得場(chǎng)景更加逼真.?這里使用的圖片,就是常說(shuō)的紋理.但是在 OpenGL ,我們更加習(xí)慣叫紋理,?不是圖片.

紋理是一個(gè)用來(lái)保存圖像顏色的元素值的緩存，渲染是指將數(shù)據(jù)生成圖像的過(guò)程。紋理渲染則是將保存在內(nèi)存中的顏色值等數(shù)據(jù)，生成圖像的過(guò)程。

//獲取紋理的最大size
glGetIntegerv(GL_MAX_TEXTURE_SIZE, &maxTextureSize);

//獲取glsl支持最多的紋理數(shù)量 《= 8 超過(guò)8個(gè)紋理之后，第9個(gè)無(wú)法顯示
glGetIntegerv(GL_MAX_COMBINED_TEXTURE_IMAGE_UNITS,&maxCombinedTextureUnits);

七.光柵化 Rasterization

光柵化 Rasterization 就是把物體的數(shù)學(xué)描述以及與物體相關(guān)的顏?信息轉(zhuǎn)換為屏幕上?于對(duì)應(yīng)位置的像素及?于填充像素的顏?。

光柵化簡(jiǎn)單一句話(huà)就是：將圖像的位置和顏色信息轉(zhuǎn)換成在屏幕上顯示的位置和顏色的數(shù)據(jù)的過(guò)程。光柵化是 OpenGL 自動(dòng)完成的，開(kāi)發(fā)者無(wú)法影響。

八.片元著色器

1.?般?來(lái)處理圖形中每個(gè)像素點(diǎn)顏色計(jì)算和填充;

2.?段著?器是 OpenGL 中?于計(jì)算?段(像素)顏色的程序。?段著色器是逐像素運(yùn)算的程序，也就是說(shuō)每個(gè)像素都會(huì)執(zhí)行?次?段著?器，當(dāng)然也是并行的。

通過(guò)光柵化產(chǎn)生的片元，需要通過(guò)片元著色器確定最終顯示在屏幕上的每個(gè)像素點(diǎn)的顏色值和深度值。通常來(lái)說(shuō)，片元的個(gè)數(shù)是遠(yuǎn)大于頂點(diǎn)的個(gè)數(shù)，所以它也是并行計(jì)算的。

頂點(diǎn)著色器決定一個(gè)圖元應(yīng)該位于屏幕的什么位置，而片元著色器決定某個(gè)片元的顏色應(yīng)該是什么

OpenGL ES 2.0 版本片元著色器

//片元著色器
precision mediump float;                           // 設(shè)置工作精度

varying vec2 vTextureCoord;                        // 接收從頂點(diǎn)著色器過(guò)來(lái)的紋理坐標(biāo)
uniform sampler2D sTexture;                        // 紋理采樣器，代表一幅紋理
void main()
{
    gl_FragColor = texture2D(sTexture, vTextureCoord);// 進(jìn)行紋理采樣
}

OpenGL ES 3.0 版本片元著色器

//片元著色器
#version es 300
precision mediump float;

in vec3 v_color; // input form vertex shader
layout(location = 0) out vec4 o_fragColor;

void main() {
    o_fragColor = vec4(v_color, 1.0);
}

關(guān)于 OpenGL ES 2.0 和 3.0 頂點(diǎn)著色器和片元著色器區(qū)別請(qǐng)參考：《OpenGL ES 2.0 和 3.0 區(qū)別》

九.頂點(diǎn)著色器

1.?般用來(lái)處理圖形每個(gè)頂點(diǎn)變換(旋轉(zhuǎn)/平移/投影等)頂點(diǎn)著?器是 OpenGL 中?于計(jì)算頂點(diǎn)屬性的程序。

2.頂點(diǎn)著?器是逐頂點(diǎn)運(yùn) 算的程序，也就是說(shuō)每個(gè)頂點(diǎn)數(shù)據(jù)都會(huì)執(zhí)行一次頂點(diǎn)著?器，當(dāng)然這是并?的，并且頂點(diǎn)著?器運(yùn)算過(guò)程中?法訪(fǎng)問(wèn)其他頂點(diǎn)的數(shù)據(jù)

3.一般來(lái)說(shuō)典型的需要計(jì)算的頂點(diǎn)屬性主要包括頂點(diǎn)坐標(biāo)變換、逐頂點(diǎn)光照運(yùn)算等等。頂點(diǎn)坐標(biāo)由自身坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到歸一化坐標(biāo)系的運(yùn)算，就是在這?發(fā)生的。

頂點(diǎn)著色器處理從客戶(hù)端輸入的數(shù)據(jù)，應(yīng)用變換(平移，旋轉(zhuǎn)，縮放等)，或者進(jìn)行其他類(lèi)型的數(shù)學(xué)運(yùn)算來(lái)計(jì)算光照效果，位移，顏色值等。因此，頂點(diǎn)著色器可能很簡(jiǎn)單也可能很復(fù)雜(比如最簡(jiǎn)單的值傳遞)。

對(duì)于繪制命令傳輸?shù)拿總€(gè)頂點(diǎn)，OpenGL 都會(huì)調(diào)用頂點(diǎn)著色器來(lái)處理頂點(diǎn)相關(guān)的數(shù)據(jù)。不用擔(dān)心存在大量頂點(diǎn)的效率問(wèn)題，它是并行計(jì)算的。頂點(diǎn)著色器的輸出是片元著色器的輸入。

頂點(diǎn)著色器決定一個(gè)圖元應(yīng)該位于屏幕的什么位置，而片元著色器決定某個(gè)片元的顏色應(yīng)該是什么

OpenGL ES 2.0 版本頂點(diǎn)著色器

//頂點(diǎn)著色器
attribute vec4 aPosition;                            // 應(yīng)用程序傳入頂點(diǎn)著色器的頂點(diǎn)位置
attribute vec2 aTextureCoord;                        // 應(yīng)用程序傳入頂點(diǎn)著色器的頂點(diǎn)紋理坐標(biāo)

varying vec2 vTextureCoord;                          // 用于傳遞給片元著色器的頂點(diǎn)紋理數(shù)據(jù)
void main()
{
    gl_Position = aPosition;                         // 此次繪制此頂點(diǎn)位置
    vTextureCoord = aTextureCoord;                   // 將接收的紋理坐標(biāo)傳遞給片元著色器
}

OpenGL ES 3.0 版本頂點(diǎn)著色器

//頂點(diǎn)著色器
#version es 300

uniform mat4 u_matViewProj;
layout(location = 0) in vec4 a_position;
layout(location = 1) in vec3 a_color;
out vec3 v_color;

void main() {
    gl_Position = u_matViewProj * a_position;
    v_color = a_color;
}

關(guān)于 OpenGL ES 2.0 和 3.0 頂點(diǎn)著色器和片元著色器區(qū)別請(qǐng)參考：《OpenGL ES 2.0 和 3.0 區(qū)別》

十.著?語(yǔ)言 GLSL

OpenGL 著?語(yǔ)言(OpenGL Shading Language)是?來(lái)在 OpenGL 中著色編程的語(yǔ)言，也即開(kāi)發(fā)人員寫(xiě)的短小的?定義程序，他們是在圖形卡的 GPU (Graphic Processor Unit 圖形處理單元)上執(zhí)行的，代替了固定的渲染管線(xiàn)的一部分，使渲染管線(xiàn)中不同層次具有可編程性。?如:視圖轉(zhuǎn)換、投影轉(zhuǎn)換等。

GLSL(GL Shading Language)的著?器代碼分成 2 個(gè)部分:

Vertex Shader 頂點(diǎn)著?器
Fragment 片元著器

關(guān)于 OpenGL ES 2.0 和 3.0 頂點(diǎn)著色器和片元著色器區(qū)別請(qǐng)參考：《OpenGL ES 2.0 和 3.0 區(qū)別》

十一.著色器使用流程

整個(gè)著色器的使用流程如下：

1，創(chuàng)建著色器對(duì)象 glCreateShader

2，把源碼關(guān)聯(lián)到每個(gè)著色器對(duì)象 glShaderSource

3，編譯著色器 4，創(chuàng)建程序 glCompileShader

5，關(guān)聯(lián)著色器到程序?qū)ο?glAttachShader

6，鏈接程序 glCreateProgram

7，激活和關(guān)閉著色器程序 glUseProgram

8，刪除著色器和程序 glDeleteProgram

具體可參考：《OpenGL ES GLSL 著色器使用過(guò)程》

十二.著色器的渲染流程

篇幅有限，更多請(qǐng)參考：《OpenGL ES 名詞解釋(二)》中含有關(guān)于坐標(biāo)系，投影等等的講解

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OpenGL ES 名詞解釋(一)

一.前言

二.OpenGL ES 上下文

三.OpenGL ES 狀態(tài)機(jī)

四.緩存

五.渲染

六.紋理

七.光柵化 Rasterization

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