OpenGL ES 2.0 Using Modern Mobile Graphics Hardware

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文章内容:

一. 3D 渲染？

二. 图像的组成是什么呢?

三. 渲染的实质?

四. 问题：CPU 和 GPU 的 Memory 是有数据交换的，这种交换不会出问题吗？CPU 和 GPU 的计算速度一样吗？

五. 图像处理器请求 OpenGL ES 处理图像数据(Buffers)的过程是？

六. 那么现在有个问题，渲染好的图像数据放在那里呢？

七. OpenGL ES 是与当前的嵌入式系统硬件系统有关系，那么如何保存当前平台下的环境，从而为渲染提供唯一的平台环境？

八. 移动设备屏幕的坐标系统和 OpenGL ES 的坐标系统是否相同？

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一. 3D 渲染？

对象（图像）：A graphics processing unit (GPU) is a hardware component that combines data describing geometry, colors, lights, and other information to produce an image on a screen.（首先它是一张图像，这张图像包含了几何结构、颜色、灯光等其它信息；这张图像是通过 GPU 进入计算并显示在屏幕上的。）

例子

注：光和颜色可以让一张图像产生三维的视觉效果（相当于一张绘图纸上的素描画）

渲染（Rendering）：
The generation of a 2D image from 3D data is called rendering.(从三维数据到二维图像的过程就是渲染，就是把三维信息绘制成一张二维的图像（基于像素）)

二. 图像的组成是什么呢?

像素点

渲染出来的图像是一张 位图 ，每一个像素点都是由 RGB 光原色进行组合形成的。

注：Images are stored in computer memory using an array containing at least three values for each pixel.（从数据存储的角度就是，每一个点都要有三个数据（red / green / blue）才能确定,而且每一个点使用一个数组进行保存）

三. 渲染的实质?

GPU 和 CPU 根据三维数据，进行计算，计算出每一个像素点的 red 、 green 、blue 值（Rendering 3D data into a 2D image typically occurs in several separate steps involving calculations to set the red, green, and blue intensities of every pixel in the image.）

渲染在硬件的角度下是：

四. 问题：CPU 和 GPU 的 Memory 是有数据交换的，这种交换不会出问题吗？CPU 和 GPU 的计算速度一样吗？

首先，CPU 和 GPU 的数据处理速度是不一致的，那么数据交换的时候必然会出现不同步的情况，也就是必然要有一方要等待另一方计算结束后进行计算，很明显这样的情况是不合理的。

解决方案：
OpenGL ES 使用的是 Buffers 数据缓存区处理数据交换的问题。
这个缓存区是定义在 Memory Arears 区域的，目的是让图形处理器可以对这里的数据进行控制和管理。（OpenGL ES defines the concept of buffers for exchanging data between memory areas. A buffer is a contiguous range of RAM that the graphics processor can control and manage.）

五. 图像处理器请求 OpenGL ES 处理图像数据(Buffers)的过程是？

所有的数据都最终在 Buffers 内存区中保存下来，而 OpenGL ES 对这些数据进行处理的步骤有 七步（对应的 API ）：

1. 生成标记 （Generate）：图像处理器请求 OpenGL ES 为这个 Buffers 生成唯一的标识；---> glGenBuffers();

2. 绑定（Bind）：图像处理器告诉 OpenGL ES 使用这个 Buffers 来进行后续的操作； ---> glBindBuffer();

3. 缓存数据（Buffer Data）：图像处理器告诉 OpenGL ES 分配并初始化一块足够大、足够连续的内存； ---> glBufferData() or glBufferSubData();

4. 使能（Enable or Disable）：图像处理器告诉 OpenGL ES 是否使用这些数据进行后续的操作；---> glEnableVertexAttribArray() or glDisableVertexAttribArray();

5. 设置指针（Set Pointers）：图像处理器告诉 OpenGL ES Buffers 的内存类型，并且把所有数据的 内存偏移量 告诉 OpenGL ES ； ---> glVertexAttribPointer();

6. 绘制（Draw）：图像处理器告诉 OpenGL ES 利用数据渲染屏幕上所有的范围，并使能 Buffers ；---> glDrawArrays() or glDrawElements();

7. 删除（Delete）：图像处理器告诉 OpenGL ES 删除旧标记的 Buffers ，以及释放相关联的数据；---> glDeleteBuffers();

注： 被标记的 Buffers 会被多次使用和修改

六. 那么现在有个问题，渲染好的图像数据放在那里呢？

OpenGL ES 中引入，帧缓存（Frame Buffer）来进行渲染后的数据保存；

区别：

• 帧缓存和其它的缓存不一样的是，不用进行初始化，而标记、绑定等操作是一样的；
• 只有在 Bounds (显示范围) 出现的时候会被使能
• 帧缓存分为 前帧缓存（front frame buffer） 和 后帧缓存（back frame buffer），而且它们会在屏幕显示和用户交互过程不断地交替；
• front frame buffer 控制每个像素的颜色

请看图：

七. OpenGL ES 是与当前的嵌入式系统硬件系统有关系，那么如何保存当前平台下的环境，从而为渲染提供唯一的平台环境？

OpenGL ES 提供 Context（上下文环境） 变量: The information that configures OpenGL ES resides in platform-specific software data structures encapsulated within an OpenGL ES context.（context是封装保存了 OpenGL ES 特定平台环境下的软件信息结构）

八. 这种 Context 信息又包含了什么？

• 特定的嵌入式系统（OpenGL ES）环境
• 特定的 GPU 硬件
• Frame Buffer 渲染通道
• 三维数据信息
• 渲染相关的信息

九. Context 能有什么用？

• 可以认为程序不用关心不同平台下的具体信息（如：GPU 什么品牌，什么型号等）
• 方便 OpenGL ES 程序 移植
  （ context 相当于自动配置适合当前 OpenGL ES 工作的环境 ）

十. 移动设备屏幕的坐标系统和 OpenGL ES 的坐标系统是否相同？

解答：
OpenGL ES 是三维坐标系（x, y, z）,设备屏幕坐标系统是二维坐标系（x, y）
三维坐标系：

向量坐标（有方向的坐标点，从什么点到什么点）：

图上：(0， 0 ， 0) --> (1.5, 3.0, -2.0)

注：任意起点都可以，如果不懂请 恶补数学；

向量坐标运算：

注：

三维图形：

注：OpenGL ES 实质绘制的是三维坐标点，坐标点既是像素点，像素点既是 RGB 颜色数组；