1、OpenGLES初探之OpenGL ES/OpenGL ES图形管线解析

        前言： OpenGL ES（OpenGL for Embeded System）是以手持和嵌入式为目标的高级3D图形应用程序编程接口（API），OpenGL ES目前在手机中占据统治地位的图形API，支持的平台有iOS，Andriod，BlackBerry，bada，Linux，Windows。 

一、了解OpenGL ES

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    OpenGL ES开放式图形库（OpenGL的）用于可视化的二维和三维数据。它是一个多功能开放标准图形库，支持2D和3D数字内容创建，机械和建筑设计，虚拟原型设计，飞行模拟，视频游戏等应用程序。您可以使用OpenGL配置3D图形管道并向其提交数据，顶点变换和变量，组合成图元，并光栅化以创建2D图像。OpenGL旨在将函数调用转化为可以发送到底层图形硬件的图形命令。由于底层硬件专用于处理图形命令，因此OpenGL绘图通常非常快。

      OpenGL ES是OpenGL的简化版本，它消除了冗余功能，提供了一个既容易学习又更易于在移动图形硬件中实现的库。

      OpenGL ES允许应用程序利用底层图形处理器的强大功能。iOS设备上的CPU可以执行复杂的2D和3D图形绘图，以及最终图像中每个像素的复杂着色计算。

图1、OpenGL ES的作用

二、OpenGL ES 图形管道

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图2、OpenGL ES图形管线

1、顶点着色输入

        ——可以用于执行自定义计算，实施新的变换、照明或者传统的固定功能所不允许的基于顶点的效果。

①、着色器程序——描述顶点上执行操作的顶点着色器程序源代码/可执行文件。

②、顶点着色器输入【属性】——用顶点数组提供每一个顶点的数据。

③、统一变量【uniform】——顶点、片元着色器使用的不变的数据。

④、采样器——代表顶点着色器使用纹理的特殊统一变量类型。

2、顶点着色器业务

①、矩阵变换位置

②、计算光照公式生成逐顶点颜色

③、生成/变纹理坐标

顶点着色器代码案例

attribute vec4 position;//属性 纹理顶点

attribute vec2 textCoordinate; //纹理坐标

uniform mat4 rotateMatrix; //uniform旋转矩阵

varying lowp vec2 varyTextCoord;

void main() {

    varyTextCoord = textCoordinate;

    vec4 vPos = position;

    vPos = vPos * rotateMatrix;

    gl_Position = vPos;

}

3、图元装配

顶点着色器之后，下一个阶段就是图元装配。

OpenGL ES只有三种图元（Primitive）：点、线、三角形。

图元装配：就是将顶点数据计算成一个个的图元，在这个阶段会执行裁剪，透视分割和ViewPort视口变换操作。

图元类型和顶点确定将被渲染的单独图元。对于每个单独的图元及其对应的顶点，图元装配阶段执行的操作包括：将顶点着色器的输出值执行裁剪、透视分割、视口变换，之后进入光栅化阶段。

4、光栅化阶段

在这个阶段绘制对应的图元【点、线、三角形】。光栅化就是将图元转化成一个二维片段的过程，而这些转化的片段将由片元着色器处理，这些二维片段就是屏幕上可绘制的像素。

5、片元/像素着色器

①、着色器程序——描述片段上执行操作的顶点着色器程序源代码/可执行文件

②、输入变量——光栅化单元用插值为每个片段生成的顶点着色器输出。

③、统一变量【uniform】——顶点/片元着色器使用的不变数据。

④、采样器——代表片元着色器使用纹理的特殊统一变量类型。

6、片元着色器业务：

——它可以用于图片/视频/图形中每一个像素的颜色填充，【比如给视频添加滤镜，实质上就是将视频中每个图片的像素点的颜色填充进行修改】

①、计算颜色

②、获取纹理值

③、往像素点中填充颜色值【纹理/颜色值】

片元着色器代码案例：

varying lowp vec2 varyTextCoord;

uniform sampler2D colorMap;

void main(){

    gl_FragColor = texture2D(colorMap, varyTextCoord);

}

7、逐片段操作：

①、像素归属测试：

    确定帧缓存区中位置(Xw,Yw)的像素，目前是不是归属于OpenGL ES所 有. 例如,如果⼀个显示OpenGL ES帧缓存区View被另外⼀个View 所遮蔽.则窗⼝系统可以确定被遮蔽的像素不属于OpenGL ES上下⽂.从⽽不全显示这些像素.⽽像素归 属测试是OpenGL ES 的⼀部分,它不由开发者⼈为控制,⽽是由OpenGL ES 内部进⾏.

②、裁剪测试：

    裁剪测试会确定(Xw,Yw)是否位于作为OpenGL ES状态的⼀部分裁剪矩形范围 内.如果该⽚段位于裁剪区域之外,则被抛弃

③、深度测试:

    输⼊⽚段的深度值进行⽐较,确定⽚段是否拒绝测试 。

④、混合:

    混合将新⽣成的⽚段颜⾊与保存在帧缓存的位置的颜⾊色值组合起来。

⑤、 抖动:

    抖动可⽤于最⼩化因为使⽤有限精度在帧缓存区中保存颜⾊色值⽽产⽣的伪像。