OpenGL ES 2.0学习之路-----1.OpenGL ES 是什么

1.什么是OpenGL ES？
OpenGL ES 是一个为便携或嵌入式设备例如：移动电话、PDAs、监视器等，发展的3D绘图APIs（应用编程接口）。
在桌面设备中有两个3D API接口，DirectX和OpenGL。DirectX是运行Window系统平台上的3D标准，在3D游戏平台中主要的标准。OpenGL是一个跨平台的3D API标准 ，能够运行在linux系统，各种UNIX系统，MacOS X和Wicrosoft系统等等。它是广泛接受的3D API。
因为OpenGL作为3D API的广泛使用，这是很自然的从桌面的OpenGL开始发展为手持设备和便携式开放标准的3D API；又因为使用OpenGL ES的设备地址空间和内存的限制，低的内存带宽，敏感的电源功耗，缺乏浮点运算硬件，所以修改它以适用与手持和便携设备领域。
OpenGL ES API是巨大的和复杂的，工作组的目标是建立一个适合设备驱动程序。例如：一个几何体，OpenGL中可以使用立即模式、显示列表、顶点矩阵，而在OpenGL ES中只能使用顶点矩阵。
OpenGL ES被设计成OpenGL的嵌入式子集，OpenGL也能运行 OpenGL ES的程序。原因是作为一个子集能够更好应用桌面程序的代码和工具。
手持和便携设备的限制被引入，例如减少电力消耗，减少着色器性能，渲染质量被引入着色器语言。
OpenGL ES的设计者，目标是确保最小的图像质量，但做到最好。
OpenGL ES 2.0来自OpenGL 2.0 API,确保了对游戏的支持
先对OpenGL ES 2.0的管线做一个介绍：
OpenGL ES 2.0包含两个部分：

1. OpenGL ES 2.0 API说明
2. OpenGL ES着色器语言说明

图像管线如下：
上图着色器盒子描述了OpenGL ES 2.0管道可编程阶段。
1.顶点着色器
顶点着色器的一般编程方法：

• 属性——顶点矩阵支持的Per_vertex数据
• Uniforms——顶点着色器使用的常量数据
• Samplers——被Uniforms使用的特殊类型，在顶点着色器的贴图中使用，是可选项
• 着色器编程——顶点着色器编程源码或可执行的部分
  顶点着色器的输出叫做varying变量，在最初的光栅化阶段，这些变量被计算，作为片段着色器的输入，从顶点着色器的矩阵使用插补的方法产生片段着色器的变量，下图展示了输入和输出：
  
  下面代码显示使用OpenGL ES编程语言编写顶点着色器，现在大致知道即可，顶点着色器需要一个位置和颜色数据作为输入属性，输入位置数据是4*4的矩阵，输出是变换后的位置和颜色。

一个顶点着色器例子

uniform mat4   u_mvpMatrix;  
attribute  vec4   a_position;
attribute  vec4   a_color;
varying  vec4    v_color;
void main()
{
	v_color = a_color;
	gl_Position = u_mvpMatrix * a_position;
}

• 首先定义了一个uniform变量 u_mvpMatrix用来存储模型的关联试图和投射矩阵；
• 再定义输入顶点矩阵和顶点属性；
• 定义顶点着色器输出变量是per_vertex 编译时
• gl_Position被编译器自动定义，片段着色器的唯一入口点是main函数;
• 读入顶点属性a_color 输出顶点颜色v_color 变换后的矩阵位置输出到gl_Position
  基元装配
  基元是能够被OpenGL ES绘制的几何物体，这些绘图命令描述了一个顶点属性和基元几何体及基元类型的几何。
  顶点属性包括计算位置，颜色和贴图坐标的信息，他们将被输入到片段着色器中。
  顶点着色求能绘制的几何图元包括三角形、直线、点，必须判断图元是否位于投影平截体内，如果不在，将被视图平截体剪贴 ，如果完全在之外，将被丢弃，定点位置转变为屏幕坐标，依据图元位于正面还是背面，剪切和剔除后，图元进入光栅化阶段。
  光栅化
  
  光栅化是转换图元为二维片段的过程，被片段着色器执行，二维的片段能够被绘制在屏幕上。
  片段着色器
  片段着色器使用以下输入，执行光栅化后形成片段。
• Varying变量——光栅化阶段使用插补技术为片段着色器产生，顶点着色器的输出
• Uniforms——常量数据
• Samplers——Uniforms中特殊的类型，在贴图时使用
• 着色器程序——片段着色器编程源码或可执行的部分
  片段着色器的结构如下：
  
  片段着色器也能丢弃片段或者产生一些颜色值像gl_FragColor,光栅化阶段产生的颜色、深度、模板、屏幕坐标（Xw,Yw）变成OpenGLES 2.0管线输入。
  下面是一个片段着色器的例子，绘制一个三角形：

precision mediump float;
 varying vec4  v_color;
 void  main(void)
 {
    gl_FragColor=v_color;
}

第一句设定显示质量，第二句描述片段着色器输入，之后是主函数。
片段着色器不需要定义输出，这是因为片段着色器仅仅输出是gl_FragColor，最后设定片段着色器的输入是v_color
Per-fragment操作

• 像素所有权测试——这个测试决定在帧缓冲区中某点（Xw，Yw）的像素当前是否被OpenGL ES所有，可以准许视窗操作系统去 控制帧缓冲区中的像素是否是OpenGL ES的内容，例如：视窗检测到OpenGL ES的帧缓冲区被另一个窗口遮挡，视窗系统可以决定遮挡OpenGL ES的内容，不显示。
• 剪切测试——测试（Xw，Yw）是否在剪切矩形内，如果在矩形外，片段被丢弃。
• 模板深度测试——决定输入的片段是否应该被拒绝
• 混合——混合新产生的片段颜色和存储在颜色缓冲区中的颜色
• 抖动——被使用在用几种颜色的组合模拟出大范围内的多种色彩模式
  per-fragment阶段最后，片段颜色、深度值、模板值是否被写入帧缓冲区还要依靠各自的掩码位能否被使用，例如，颜色缓冲区能设定红色是否能被写入颜色缓冲区。
  OpenGL ES 2.0支持缓冲区数据读回功能，但仅仅颜色缓冲区像素能够读回，深度和模板缓冲区数据不能读回。