OpenGL 常见的专业名词解读

1 图像API简介 

OpenGL （Open Graphics Library) 是一个跨平台、跨编程语言的编程图形程序接口，他讲计算机的资源抽象为一个个OpenGL的对象，对这些资源的操作抽象为一个个的OpenGL指令

OpenGL ES （OpenGL For Embedded Systems）是OpenGL三维图形API的子集，针对手机、PDA和游戏主机等嵌入式设备而设计，去除了许多不必要和性能较低的API接口

DirectX 是由很多API组成的，DirectX并不是一个单纯的图形API，最重要的是DirectX是属于Windows上一个多媒体处理框架，并不支持Windows以外的平台，所以不是跨平台框架，按照性质分类，可以分为四大部分：显示部分、声音部分、输入部分和网路部分

Metal： Apple为游戏开发者推出了新的平台技术Metal，该技术能为3D图像提高10倍的渲染性能，Metal是Apple为了解决3D渲染而推出的框架。

2 OpenGL专业名词解析

OpenGL状态机

状态机描述了一个对象在其生命周期内所经历的各种状态，状态间的转币，发生转变的动因，条件以及转变中所执行的活动。或者说，状态机是一种行为，说明对象在其生命周期中响应事件所经历的状态序列以及对那些状态事件的响应。

记忆功能，能记录当前状态

可以接收输入，根据输入的内容和自己的原先状态，修改自己当前状态，并且可以有对应输出

当进入特殊状态（停机状态）的时候，不在接收输入，停止工作

OpenGL 上下文

在应用程序调用任何OpenGL指令之前，需要首先创建一个openGL的上下文。这个上下文是个非常庞大的状态机，保存了OpenGL中的各种状态，是OpenGL指令执行的基础

OpenGL的函数是类似C语音的面向过程的函数，本质都是对OpenGL上下文这个状态机的某个状态或者对象进行操作，前提是要把这个对象设置为当前对象。

在应用程序中，创建多个不同的上下文，在不同线程中使用不同的上下文，上下文直接共享纹理、缓冲区等资源。

渲染

将图形/图像数据转换成3D空间图像的操作  (将图像显示绘制到屏幕上的过程  解码图片->渲染）

顶点数组和顶点缓冲区

顶点数据就是图像显示在屏幕某个位置的信息。OpenGL中的图像是有图元组成。在OpenGL ES中，有三种图元：点、线、三角形。在调用绘制方法的时候，直接由内存传入顶点数据，也就是说这部分数据之前是存储在内存当中的，被称为顶点数组。

而性能更高的做法是，提前分配一块显存，将顶点数据预先传到显存当中，这部分显存就被称为顶点缓存去。

顶点指的是我们在绘制一个图形时，它的顶点位置数据。而这个数据可以直接存储在数组中或者蒋祺缓存到GPU内存中。

顶点数组  -- 顶点数据存储到内存中

顶点缓冲区 -- 订单数据存储到GPU显存中

管线

在OpenGL下渲染图形，会经历一个一个的节点，这样的操作就可以理解管线。显卡在处理数据的时候，是按照一定的顺序来的，而且严格按照这个顺序执行。就像谁从一根管子的一端流到另一端，顺序不能被打破

固定管线/存储着色器

在早期的OpenGL版本，封装了很多种着色器程序块，内置的一段包含了光照、坐标变换、剪裁等诸多功能的固定shader程序完成，来帮助开发者完成图形渲染。而开发者只需要传入响应的参数，就能快速完成图形的渲染。类似于iOS会封装很多API，我们只需要调用就能实现功能，不需要关注底层实现原理。

但是由于OpenGL使用的场景非常丰富，固定管线或存储着色器无法完成每一个业务。这是将相关部分开放为可编程

着⾊器程序Shader 

将固定渲染管线架构变成可编程渲染管线。因此，OpenGL在实际调用绘制函数之前，还需要指定一个由shander编译成的着色器程序。

常见的着色器：

    顶点着色器 VertexShader

    片元着色器/像素着色器 FragmentShader

    几何着色器 GeometryShader

    曲面细分着色器 TessellationShader

OpenGL在处理shader时，和其他编译器一样，通过编译、链接等步骤，生产着色器程序（glProgram），着色器程序同时包含了顶点着色器和片元着色器的运算逻辑。在OpenGL进行绘制的时候，首先由顶点着色器对传入的顶点数据进行运算；在通过图元装配，将顶点转换为图元；然后进行光栅化，将图元这种矢量图形转换为栅格化数据；最后将栅格化数据传入片元着色器进行运算。片元着色器会对栅格化数据中的每一个像素进行运算，并决定像素的颜色。

顶点着色器 VertexShader

顶点着色器是OpenGL中用于计算顶点属性的程序。

一般用来处理图形每个顶点变换[旋转/平移/投影]

顶点着色器是逐顶点运算的程序，也就是说每个顶点数据都会执行一次顶点着色器，当然这是并行的，并且顶点着色器运算过程中无法方位其他顶点的数据

一般来说典型的需要计算的订单属性主要包括顶点坐标变换、逐顶点光照运算等等。顶点坐标由自身坐标系转换到归一化坐标系的运算，就是在这里发生的。

片元着色器 FragmentShader

片元着色器是OpenGL中用于计算片元（像素）颜色的程序。

一般用来处理图形中每个像素点颜色的计算和填充

片元着色器是逐像素运算的程序，也就是说每个像素都会执行一次片元着色器，当然也是并行的。

GLSL（OpenGL Shading Language）

OpenGL着色语音（OpenGL Shading Language）是用来在OpenGL中着色编程的语音，即开发人员写的短小的自定义程序，他们是在图形卡的GPU(Graphic Processor Unit图形处理理单元)上执行的，代替了固定的渲染管线的一部分，使渲染管线中的不同层次具有可编程性。比如视图转换、投影转换等。GLSL的着色器代码分为两个部分：VertexShader顶点着色器和FragmentShader 片元着色器

光栅化 Rasterization

光栅化就是把顶点数据转换为片元的过程。片元中的每一个院队对应帧缓冲区中的一个像素。

光栅化包含了两部分工作

1 决定窗口坐标中的哪些整形栅格区域被基本图元占用

2 分配一个颜色值和一个深度值到各个区域。

纹理

纹理可以理解为图片。大家在渲染图形时需要在其编码填充图片，这里使用的图片就是纹理。在OpenGL我们更习惯叫纹理，而不是图片。

混合（Blending）

在测试阶段之后，如果像素依旧没有被剔除，那么像素的颜色将会和帧缓存区中的颜色附着上的颜色进行混合，混合的算法可以通过OpenGL的函数进行指定。 但是OpenGL提供的混合算法是有限的，如果需要更加复杂的混合算法，一般可以通过像素着色器进行实现，当然性能会比原生的混合算法差一些。

变换矩阵 Transformation

图形想发生平移、缩放、旋转变换，就需要使用变换矩阵

投影矩阵 Projection

用于将3D坐标转换为二维屏幕坐标，实际线条也将在二维坐标下进行绘制

投影方式 正投影&透视投影

正投影（平行投影）：图片绘制不管远近，1:1进行绘制， 显示2D图形

透视投影：远小近大效果  显示3D图形