iOS开发之OpenGL ES(一)—初见

前言：

这篇文章是作者iOS开发之OpenGL ES系列文章的第一篇，作者也是在不断地学习中，后期会陆续的循序渐进的推出系列文章，希望有志学习OPenGL ES的同学和篇主一起进步哦。
注：（如果你觉得我的文章有所帮助，点个喜欢或关注。您的每一份鼓励都是我前进的动力）

正文：

OpenGL ES:是苹果iOS设备上的用户界面和图形挥之能力的基础。“ES”代表嵌入式系统(Embeded System)。
在进入正题之前，先介绍几个基本的概念：

3D渲染：

图形处理单元(GPU）就是能够结合几何、颜色、灯光和其他数据而产生一个屏幕图像的硬件组件。屏幕只有2维，因此显示3D数据的技巧就在于产生能够迷惑眼睛使其看到丢失的第三维的一个图像。用3D数据生成一个2D图像的过程就叫做渲染。在计算机上显示的图片是由矩形的颜色点组成的，这些矩形的颜色点叫做像素。如果通过放大镜仔细观察显示器，你会发现每个像素都是由红、绿、蓝3个元素组成的。

为图形处理器提供数据：

程序会保存3D场景数据到硬件随机存储器在(RAM)中。嵌入式中央处理单元有专门为其分配的RAM。
OpenGL ES是一种软件技术。OpenGL ES部分运行在CPU上，部分运行在GPU上。OPenGL ES横跨在两个处理器之间，协调两个内存区域之间的数据交换。
缓存，提供数据的最好方式。OpenGL ES为两个内存区域间的数据交换定义了缓存的概念。缓存的概念是指GPU图形处理器能够控制和管理的连续的RAM。通过控制独立的缓存，GPU就能尽可能以最有效的方式读写内存。图形处理器把它处理大量数据的能力异步同时地应用到缓存上，这意味着在GPU使用缓存中的数据工作的同时，运行在CPU上的程序可以继续执行。
几乎所有程序提供给GPU的数据都应该放入缓存中。缓存存储的到底是几何数据、颜色，灯光效果，还是其他的信息并不重要。为缓存提供数据有以下7个步骤：

• 生成(Generate)-请求OpenGL ES为图形处理器控制的缓存生成一个人独一无二的额标识符。
• 绑定(Bind)-告诉OPenGL ES为接下来的运算使用一个缓存。
• 缓存数据(Buffer Data)-让OpenGL ES为当前绑定的缓存分配并初始化足够的连续内存(通常是从CPU控制的内存复制数据到分配的内存)。
• 启用(Enable)或者禁止(Disable)-告诉OpenGL ES在接下来的渲染中是否使用缓存中的数据。
• 设置指针(Set Pointers)-告诉OpenGL ES在缓存中的数据的类型和所有需要访问的数据的内存偏移值。
• 绘图(Draw)-告诉OpenGL ES使用当前绑定并启用的缓存中的数据渲染整个场景或者某个场景中的一部分。
• 删除(Delete)-告诉OpenGL ES删除以前生成的缓存并释放相关的资源。
  OpenGL ES为一种类型的缓存在使用过程中的每一步骤的执行定义了下面的C语言函数：

//下面的函数与上面的7个步骤一一对应
glGenBuffers();
glBindBuffer();
glBufferData()或者glBufferSubData();
glEnableVertexAttribArray()或者glDisableVertexAttribArray()；
glVertexAttribPointer();
glDrawArrays()或者glDrawElements();
glDeleteBuffers();

帧缓存：

GPU需要知道应该在内存的哪个位置存储渲染出来的2D图像像素数据。就像为GPU提供数据的缓存一样，接受渲染结果的缓冲区叫做帧缓存(frame buffer)。程序会像任何其他种类的缓存一样生成、绑定、删除帧缓存。但是帧缓存不需要初始化，因为渲染指令会在适当的时候替换缓存的内容。镇缓存会在被绑定的时候隐式开启，同时OpenGL ES会自动的根据特定平台的硬件配置和功能来设置数据的类型和偏移。
可以同时存在很多祯缓存，并且可以通过OpenGL ES让GPU把渲染结果存储到任意数量的镇缓存中。但是，屏幕显示像素要受到保存在前帧缓存(front frame buffer)的特定帧缓存中的像素颜色元素的控制。而程序和操作系统很少会直接渲染到前帧缓存中，因为那样会让用户看到正在渲染中的还没有渲染完的图像。相反，程序和操作系统会把渲染结果保存到包括后帧缓存(back frame buffer)在内的其他帧缓存中。当渲染后的后帧缓存包含一个完成的图像时，前帧缓存与后帧缓存几乎会瞬间切换。后帧缓存，会变成新的前帧缓存，同时旧的前帧缓存会变成后帧缓存。图1-1展示了屏幕显示像素、前帧缓存及后帧缓存三者之间的关系。

图 1-1.png

OpenGL ES的上下文：

用于配置OpenGL ES的保存在特定平台的软件数据结构中的信息会被封装到一个OpenGL ES上下文中(context)中。上下文中的信息可能会被保存在CPU所控制的内存中，也可能保存在GPU所控制的内存中。OpenGL ES会按需在两个内存区域之间复制信息，知道何时发生复制有助于程序的优化。在后面的文章会专门介绍内存优化技术。
OpenGL ES上下文会跟踪用于渲染的帧缓存。上下文还会跟踪用于几何数据、颜色等的缓存。上下文决定是否使用某些功能，比如纹理和灯光，上下文还会为渲染定义当前的坐标系统。

坐标系：

坐标系是用于帮助显示空间中的位置之间的关系的参考线的集合。OpenGL ES总是开始于一个矩形的笛卡儿坐标系，这意味着任何两个轴之间的角度都是90度，空间中的每一个位置被称为一个顶点，每个顶点通过其在X、Y、Z轴上的位置定义。图1-2 定义了OpenGL ES的坐标系。

图1-2 迪卡儿坐标系.png

矢量：

矢量是既有方向又有距离的一个量。所有的顶点都可以用它相对于OpenGL ES坐标系原点（{0，0，0}）的距离和方向来定义。可以使用每个顶点的坐标之间的差异来计算任意两个顶点之间的矢量。介于顶点{1.5，3.0，-2.0}与原点之间的矢量是{1.5-0.0，3.0-0.0，-2.0-0.0}。顶点V1与顶点V2之间的矢量等于{V2.x-V1.x,V2.y-V1.y,V2.z-V1.z}。矢量可以加在一起进而产生一个新矢量。介于原点与任意顶点之间的矢量是3个轴对齐矢量的和。
矢量是理解现代GPU的关键，因为图形处理器就是大规模并行矢量处理器。GPU能够同时控制多个矢量，并执行用于定义渲染结果的矢量运算。

点、线、三角形：

OpenGL ES使用顶点数据来定义点、线段和三角形。一个顶点会定义坐标系中的一个点的位置，两个顶点会定义一个线段，三个顶点会定义一个三角形。OpenGL ES只渲染顶点、线段和三角形。图1-3 显示了使用很多三角形建立起来的几何对象有多复杂。

图1-3 渲染为顶点、三角形、线段的顶点数据.png

结语：

本篇为OpenGL ES系列第一篇，主要讲解了一些相关的基本概念，属于入门篇，先对OpenGL ES有个初步的印象。
未完待续...

路漫漫其修远兮，吾将上下而求索。