OpenGL 渲染管线流程解析

原文: CC老师
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这张图对于想要掌握OpenGL的开发者非常重要.而且第一次看也许大家对于它的理解会比较薄. 希望大家能后期能够多看这个图. 因为我们在处理任何图形渲染,都是依据它. 基于OpenGL 封装的框架都是也都是遵循这个图的规则.

接下来,我们来了解2个非常重要的端.

客户端,服务端

这里的客户端和服务端并不是我们常说的iOS/安卓并称为客户端,后台称为服务端.
在这个图中,管线分为上下2部分，上部分是客户端，而下半部分则是服务端。

• 客户端是存储在CPU存储器中的，并且在应用程序中执行，或者在主系统内存的驱动程序中执行。驱动程序会将渲染命令和数组组合起来，发送给服务器执行！（在一台典型的个人计算机上，服务器就是实际上就是图形加速卡上的硬件和内存）

• 服务器 和 客户机在功能上也是异步的。 它们是各自独立的软件块或硬件块。我们是希望它们2个端都尽量在不停的工作。客户端不断的把数据块和命令块组合在一起输送到缓冲区，然后缓冲区就会发送到服务器执行。

• 如果服务器停止工作等待客户机，或者客户机停止工作来等待服务器做好接受更多的命令和准备，我们把这种情况成为管线停滞

着色器

上图的Vertex Shader(顶点着色器) 和 Fragment Shader(片段着色器)。

• 着色器是使用GLSL编写的程序，看起来与C语言非常类似。 着色器必须从源代码中编译和链接在一起。最终准备就绪的着色器程序

• 顶点着色器-->处理从客户机输入的数据、应用变换、进行其他的类型的数学运算来计算关照效果、位移、颜色值等等。（**为了渲染共有3个顶点的三角形，顶点着色器将执行3次，也就是为了每个顶点执行一次）在目前的硬件上有多个执行单元同时运行，就意味着所有的3个顶点可以同时进行处理！

• ==图上（primitive Assembly== 说明的是：3个顶点已经组合在一起，而三角形已经逐个片段的进行了光栅化。每个片段通过执行 片元着色器 进行填充。片元着色器会输出我们将屏幕上看到的最终颜色值。

重点！
我们必须在这之前为着色器提供数据，否则什么都无法实现！
有3种向OpenGL 着色器传递渲染数据的方法可供我们选择
1.属性
2.uniform 值
3.纹理

属性、uniform值、纹理、输出

属性

属性：就是对每一个顶点都要作改变的数据元素。实际上，顶点位置本身就是一个属性。属性值可以是浮点数、整数、布尔数据。

• 属性总是以四维向量的形式进行内部存储的，即使我们不会使用所有的4个分量。一个顶点位置可能存储（x,y,z），将占有4个分量中的3个。

• 实际上如果是在平面情况下：只要在xy平面上就能绘制，那么Z分量就会自动设置为0；

• 属性还可以是：纹理坐标、颜色值、关照计算表面法线

• 在顶点程序（shader渲染）可以代表你想要的任何意义。因为都是你设定的。

• 属性会从本地客户机内存中复制存储在图形硬件中的一个缓冲区上。这些属性只提供给顶点着色器使用，对于片元着色器木有太大意义。

• 声明：这些属性对每个顶点都要做改变，但并不意味着它们的值不能重复。通常情况下，它们都是不一样的，但有可能整个数组都是同一值的情况。

Uniform值

属性是一种对整个批次属性都取统一值的单一值。它是不变的。通过设置uniform变量就紧接着发送一个图元批次命令，Uniform变量实际上可以无数次限制地使用，设置一个应用于整个表面的单个颜色值，还可以设置一个时间值。在每次渲染某种类型的顶点动画时修改它。

• 注意：这里的uniform 变量每个批次改变一次，而不是每个顶点改变一次。
• uniform变量最常见的应用是在顶点渲染中设置变换矩阵
• 与属性相同点：可以是浮点值、整数、布尔值
• 与属性不同点：顶点着色器和片元着色器都可以使用uniform变量。uniform 变量还可以是标量类型、矢量类型、uniform矩阵。

纹理

传递给着色器的第三种数据类型：纹理数据

• 在顶点着色器、片段着色器中都可以对纹理数据进行采样和筛选。
• 典型的应用场景：片段着色器对一个纹理值进行采样，然后在一个三角形表面应用渲染纹理数据。
• 纹理数据，不仅仅表现在图形，很多图形文件格式都是以无符号字节（每个颜色通道8位）形式对颜色分量进行存储的。

输出

在图表中第四种数据类型是输出（out）；输出数据是作为一个阶段着色器的输出定义的，二后续阶段的着色器则作为输入定义。

• 输出数据可以简单的从一个阶段传递到下一个阶段，也可以用不同的方式插入。
• 客户端的代码接触不到这些内部变量我们的OpenGL开发暂时接触不到。