图元和片元_OpenGL 术语了解

在学习 OpenGL 之前，我们先来了解一下涉及到的一些术语名词。

1、渲染

将数学和图形数据转换成 3D 空间图像的操作叫做渲染(Rendering)。当这个术语作为动词使用时，指的是计算机创建三维图像时所经历的过程。它也作为名词使用，指的仅仅是最终的图像作品。

2、变换(Transformation)和投影(Projection)

变换和投影.png

如上图显示的是用线条绘制的一个放置在一个平面上的立方体。

变换：通过 变换(Transformation)，或者说旋转这些点，并在他们之间绘制线段，我们就能在平面的 2D 屏幕上创造出一个 3D 世界的错觉。

顶点： 这些点本身叫做 顶点(Vertices，单数为 Vertex)，他们能通过一种称为 变换矩阵(Transformation Matrix)的数学结构进行旋转。

另外还有一种矩阵叫 投影矩阵(Projection Matrix)，用于将 3D 坐标转换成二维屏幕坐标，实际的线条也将在二维屏幕坐标上进行绘制。

投影(Projection)：用于创建几何图形的3D坐标将投影到一个2D表面(窗口背景)。

正投影(Orthographic Projection)或平行投影：物体在屏幕上的大小和实际大小相同，不管是远还是近。

透视投影(Perspective Projection)：远处的物体看上去比近处的物体更小一些，在模拟和3D动画中，这种投影能够获得最大程度的逼真感。

3、顶点、片元、图元和光栅化

过程：顶点—> 图元 —> 片元—> 像素

顶点—> 图元：

几何顶点被组合为图元(点，线段或多边形)，然后图元被合成片元，最后片元被转换为帧缓存中的象素数据。

图元 —> 片元：

图元被分几步转换为片元：图元被适当的裁剪，颜色和纹理数据也相应作出必要的调整，相关的坐标被转换为窗口坐标。最后，光栅化将裁剪好的图元转换为片元。

1) 裁剪

2) 转换到窗口坐标

3) 光栅化

光栅化是将一个图元转变为一个二维图象(其实只是布满平面，没有真正的替换帧缓存区)的过程。二维图象上每个点都包含了颜色、深度和纹理数据。将该点和相关信息叫做一个 片元(fragment)。(这就是片元和像素之间的关键区别，虽然两者的直观印象都是的像素，但是片元比像素多了许多信息，在光栅化中纹理映射之后图元信息转化为了像素)

片元—> 像素：

1)象素所有权(ownership)检测

2)裁剪检测

3)Alpha检测

4)模版检测

5)深度检测

6)融合

7)抖动

8)逻辑操作

剪裁投影光栅化.png

着色：沿着顶点之间改变颜⾊色值，能够轻松创建光照照射到一个立方体的效果。着色器(Shader)则是在图形硬件上执行的单独程序，用来处理顶点和执行光栅化任务。

纹理贴图(Texture Mapping)：将纹理理图⽚片附着到你绘图的图像上。一个纹理就是一副用来贴到三角形或多边形上的图片。

混合(Blending)：颜⾊色混合效果。

4、状态机

状态机 就是一种存在于理论中的机器，它具有以下的特点：

它有记忆的能力，能够记住自己当前的状态。

它可以接收输入，根据输入的内容和自己的状态，修改自己的状态，并且可以得到输出。

当它进入某个特殊的状态(停机状态)的时候，它不再接收输入，停止工作。

理论说起来很抽象，但实际上是很好理解的。

首先，从本质上讲，我们现在的 电脑 就是典型的状态机。可以对照理解：

电脑的存储器(内存、硬盘等等)，可以记住电脑自己当前的状态(当前安装在电脑中的软件、保存在电脑中的数据，其实都是二进制的值，都属于当前的状态)。

电脑的输入设备接收输入(键盘输入、鼠标输入、文件输入)，根据输入的内容和自己的状态(主要指可以运行的程序代码)，修改自己的状态(修改内存中的值)，并且可以得到输出(将结果显示到屏幕)。

当它进入某个特殊的状态(关机状态)的时候，它不再接收输入，停止工作。

OpenGL 也可以看成这样的一种机器。让我们先对照理解一下：

OpenGL 可以记录自己的状态(比如：当前所使用的颜色、是否开启了混合功能，等等，这些都是要记录的)

OpenGL 可以接收输入(当我们调用 OpenGL 函数的时候，实际上可以看成 OpenGL 在接收我们的输入)，根据输入的内容和自己的状态，修改自己的状态，并且可以得到输出(比如我们调用glColor3f，则 OpenGL 接收到这个输入后会修改自己的“当前颜色”这个状态；我们调用glRectf，则 OpenGL 会输出一个矩形)

OpenGL 可以进入停止状态，不再接收输入。这个可能在我们的程序中表现得不太明显，不过在程序退出前，OpenGL 总会先停止工作的。

简单总结就是：OpenGL 是一个 状态机，它保持自身的状态，除非用户输入一条命令让它改变状态。

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