从零开始学OpenGL ES（一）图形专有名词与坐标解析

图形API简介

·OpenGL（Open Graphics Library）是一个跨编程语言、跨平台的编程图形程序接口，它将计算机的资源抽象成为一个个OpenGL对象，对这些资源的操作抽象成为一个个的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上的一个多媒体处理API，并支持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、网络部份

图形API目的是解决什么问题

A 游戏开发中，对于游戏场景/人物的渲染

B 音视频开发中，对于视频解码后的数据渲染

C 地图引擎，对于地图上的数据渲染

D 动画中，实现动画绘制

E 视频处理中，对于视频加上滤镜效果

本质上是利用GPU芯片来高效渲染图形图像

OpenGL专业名词解析

1、OpenGL上下文【context】

·在调用OpenGL指令之前，需要首先创建一个OpenGL的上下文，这个上下文是一个庞大的状态机，保存了OpenGL的各种状态，也是指令执行的基础；

·OpenGL是类似C语言一样的面向过程的函数，本质上实对上下文中的某个状态或者对象进行操作。

·切换上下文会产生巨大的开销，因此可以在应用程序中分别创建多个不同的上下文，在不同线程中使用不同的上下文，上下文之间共享纹理、缓冲区等资源。

2、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，状态间的转变，发生转变的动因，条件以及转变中所执行的活动。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。

特点：

（1）有记忆功能，能记住其当前的状态

（2）可以接受输入，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

（3）当进入特殊状态（停机状态）的时候，便不再接受输入，停止工作；

3、渲染 Rendering

将图形/图像数据转换成3D空间图像操作

4、顶点数组【VertexArray】和顶点缓冲区【VertexBuffer】

OpenGL中的图像都是由图元构成的，在OpenGL ES中有3种类型的图元：点、线、三角形。顶点数据存储在内存种，调用绘制方法时直接由内存传入顶点数组，性能更高的做法是提前分配一块显存，将顶点数据预先传入显存中，这部分显存被称为顶点缓冲区。

5、管线

渲染图形经历的一个一个节点，可以理解成流水线

6、固定管线/存储着色器

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、裁剪等功能的固定shader程序来完成。

7、着色器程序shader

将固定渲染管线架构变成了可编程渲染管线，OpenGL在实际调用绘制函数之前还需要指定一个由shader编译成的着色器程序，常见的着色器主要有顶点着色器（VertexShader），片段着色器（FragmentShader）/像素着色器（PixelShader），几何着色器（GeometryShader），曲面细分着色器(TessellationShader)。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，再通过图元装配，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段着色器中进行运算，片段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。

8、顶点着色器VertexShader

每个顶点都会执行一次顶点着色器，这个过程是并行的，并且顶点着色器运算过程中无法访问其他顶点的数据

9、片元着色器FragmentShader

一般用来处理图形中每个像素点颜色计算和填充，每个像素都会并行进行一次片元着色器

10、GLSL【OpenGL Shading Language】

OpenGL着色语言，在图形卡的GPU上执行的，代替了固定的渲染管线的一部分，使渲染管线中不同层次具有可编程性

11、光栅化Rasterization

把顶点数据转换为片元的过程，具有将图转换为一个个栅格组成的图像的作用，特点是每个元素对应帧缓冲区中的一个像素，将几何图元转变为二维图像的过程，包含两部份工作：（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，光栅化过程产生的是片元

12、纹理

可以理解为图片

13、混合Blending

在测试阶段之后，如果像素依然没有被剔除，那么像素的颜色将会和帧缓和区中颜色附着上的颜色进行混合。

14、变换矩阵Transformation

用于平移、缩放、旋转变换

15、投影矩阵Projection

用于将3D坐标转换为二维屏幕坐标

16、渲染上屏/交换缓冲区SwapBuffer

OpenGL程序至少有两个缓冲区，显示在屏幕上的称为屏幕缓冲区，没有显示的称为离屏缓冲区，由于显示器的刷新一般是逐行进行的，因此为了防止交换缓冲区的时候屏幕上下区域的图像分属于两个不同的帧，因此交换一般会等待显示器刷新完成的信号，在显示器两次刷新的间隔中进行交换，这个信号被称为垂直同步信号

17、投影方式

透视投影 物体远小近大更加有空间感

正交投影 物体不会随距离视点远近发生大小变化

18、OpenGL坐标系

OpenGL中坐标系都属于右手坐标系，而规范化设备坐标系使用左手坐标系，笼统说OpenGL使用右手坐标系是不合适的。