OpenGL ES 初探(一)

一、OpenGL ES 简介

OpenGL ES (OpenGL for Embedded Systems) 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 是目前智能手机中占据统治地位的图形API.支持的平台: iOS, Andriod , BlackBerry ,bada ,Linux ,Windows.

二、OpenGL ES

OpenGL ES.png

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GPU可以执行复杂的2D和3D绘图，以及最终图像中每个像素的复杂着色计算

三、OpenGL ES 3.0 图形管线

OpenGL ES 3.0 图形管线.png

四、OpenGL ES 图形管道

OpenGL ES 图形管道.png

五、顶点着色器

顶点着色器.png

顶点着色器 输⼊:
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) — 用顶点数组提供每个顶点的数据
3.统一变量(uniform)—顶点/片元着色器使用的不变数据
4.采样器—代表顶点着色器使用纹理的特殊统一变量类型.

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/变换纹理坐标
总结: 它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.

顶点着色代码案例：

attribute vec4 position;
attribute vec2 textCoordinate; uniform mat4 rotateMatrix; varying lowp vec2 varyTextCoord; void main()
{
varyTextCoord = textCoordinate; vec4 vPos = position;
vPos = vPos * rotateMatrix; gl_Position = vPos;
}

六、图元装配

顶点着色器之后,下⼀个阶段就是图元装配.
图元(Primitive): 点,线,三⻆角形等.
图元装配: 将顶点数据计算成一个个图元.在这个阶段会执行裁剪、透视分割和Viewport变换操作。
图元类型和顶点索确定将被渲染的单独图元。对于每个单独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、视⼝变换后进⼊光栅化阶段。

七、光栅化

在这个阶段绘制对应的图元(点/线/三⻆形). 光栅化就是将图元转化成一组二维片段的过程.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.

光栅化.png

八、⽚段着色器/⽚元着色器

片元着色器.png

⽚元着色器/片段着色器 输入:
1.着色器程序—描述⽚段上执行操作的⽚元着色器程序源代码/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.

⽚元着色器 业务:
1.计算颜色
2.获取纹理值
3.往像素点中填充颜色值(纹理值/颜色值);
总结: 它可以用于图片/视频/图形中每个像素的颜色填充(比如给视频添加滤镜,实际 上就是将视频中每个图片的像素点颜色填充进行修改.)

片元着色代码案例：

varying lowp vec2 varyTextCoord; 
uniform sampler2D colorMap; 
void main()
{
gl_FragColor = texture2D(colorMap, varyTextCoord); 
}

九、逐片段操作

逐片段操作.png

• 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,它不由开发者开人为控制,⽽是由OpenGL ES 内部进行.
• 裁剪测试: 裁剪测试确定(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.
• 深度测试: 输入片段的深度值进步⽐较,确定片段是否拒绝测试
• 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值组合起来.
• 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值⽽产生的伪像.

十、EGL (Embedded Graphics Library )

• OpenGL ES 命令需要渲染上下文和绘制表面才能完成图形图像的绘制.
• 渲染上下文: 存储相关OpenGL ES 状态.
• 绘制表面: 是用于绘制图元的表面,它指定渲染所需要的缓存区类型,例如颜色缓存区,深度缓冲区和模板缓存区.
• OpenGL ES API 并没有提供如何创建渲染上下文或者上下文如何连接到原生窗口系统. EGL 是Khronos 渲染API(如OpenGL ES) 和原生窗口系统之间的接口. 唯一支持 OpenGL ES 却不支持EGL 的平台是iOS. Apple 提供自己的EGL API的iOS实现,称为EAGL.
• 因为每个窗口系统都有不同的定义,所以EGL提供基本的不透明类型—EGLDisplay, 这 个类型封装了所有系统相关性,用于和原生窗口系统接口.

由于OpenGL ES是基于C的API，因此它非常便携且受到广泛支持。作为C API，它与
Objective-C Cocoa Touch应⽤程序无缝集成。OpenGL ES规范没有定义窗⼝层; 相
反，托管操作系统必须提供函数来创建一个接受命令的OpenGL ES 渲染上下文和一个帧
缓冲区，其中写入任何绘图命令的结果。在iOS上使用OpenGL ES需要使用iOS类来设置
和呈现绘图表面，并使用平台中立的API来呈现其内容。

十一、理解动画循环

动画循环.png

十二、OpenGL ES 显示器执⾏动画的应用程序流程

显示器执⾏动画的应用程序流程.png