OpenGL ES学习笔记1（基础概念）

1. 什么是OpenGL ES

  OpenGL ES（OpenGL for Embedded Systems）是以手持和嵌入式为目标的高级3D图形应用编程接口（API），OpenGL ES是目前智能手机中占据统治地位的图形API，支持的平台有：iOS、Andriod、BlackBerry、bada、Linux、Windows。
  OpenGL ES开放式图形库（OpenGL的）用于可视化的二维和三维数据。它是一个多功能的开放标准图形库，支持2D和3D数字内容创建、机械和建筑设计、虚拟原型设计以及视频游戏等应用程序。你可以使用OpenGL配置3D图形管道并向其提交数据。顶点被变换和点亮，组合成图元，并光栅化以创建2D图像。OpenGL旨在将函数调用转换为可以发送到底层图形硬件的图形命令。由于此底层硬件专用于处理图形命令，因此OpenGl绘图会非常快。
  OpenGL for Embedded System（OpenGL ES）是OpenGL的简化版本，它消除了冗余功能，提供了一个既易于学习又更易于在移动图形硬件中实现的库。
  OpenGL ES允许应用程序利用底层图形处理器的强大功能。iOS设备上的GPU可以执行复杂的2D和3D绘图，以及最终图像中每个像素的复杂着色计算。

OpenGL ES与底层硬件

2. OpenGL ES 3.0 图形管线

2.1 顶点着色器

2.1.1 顶点着色器详解

1.着色器程序：描述顶点上执行操作的顶点着色器程序源代码/可执行文件。
2.顶点着色器输入（属性）：用顶点数组提供每个顶点的数据。
3.统一变量（uniform）：顶点/片元着色器中使用的不变数据。
4.采样器：代表顶点着色器使用纹理的特殊统一变量类型。

2.1.2 顶点着色器业务

• 矩阵变换位置
• 计算光照公式生成逐顶点颜色
• 生成/变换纹理坐标
  **总结：它可以用于执行自定义计算，实施新的变换，照明或者传统的固定功能所不允许的基于顶点的效果。

2.1.3 顶点着色器代码案例

attribute vec4 position
attribute vec2 textCoordinate;
uniform mat4 rotateMatrix;
varying lowp vec2 varyTextCoord;
void main()
{
     varyTestCoord = textCoordinate;
     vec4 vPos = position;
     vPos = vPos * rotateMatrix;
     gl_Position = vPos;
} 

2.2 图元装配

  顶点着色器之后，下一个阶段就是进行图元装配，其中图元分为：点、线、三角形等，而图元装配就是将顶点数据计算成一个个图元，在这个阶段会执行，裁剪、透视分隔和Viewport变换操作。
  图元类型和顶点确定将被渲染的单独图元。对于每个单独的图元及其对应的顶点，图元装配阶段执行的操作包括：将顶点着色器的输出值执行裁剪、透视分割、视口变换，之后进入光栅化阶段。

2.3 光栅化

  在这个阶段绘制对应的图元（点、线、三角形）。光栅化就是将图元转化成一个二维片段的过程，而这些转化的片段将由片元着色器处理，这些二维片段就是屏幕上可绘制的像素。

2.3 片段/片元着色器

2.3.1 片段/片元着色器详解

1.着色器程序：描述片段上执行操作的片元着色器程序源代码/可执行文件。
2.输出变量：光栅化单元用插值为每个片段生成的顶点着色器输出。
3.统⼀变量(uniform)：顶点/⽚元着⾊器使⽤的不变数据。

4. 采样器：代表⽚元着⾊器使⽤纹理的特殊统⼀变量类型。

2.3.2 片段/片元着色器业务

• 计算颜色
• 获取纹理值
• 往像素点中填充颜色值（纹理值/颜色值）
  **总结：它可以用于图片/视频/图形中每个像素的颜色填充（比如给视频添加滤镜，实际上就是将视频中每个图片的像素点颜色填充进行修改）。

2.3.3 片段着色器代码案例

varying lowp vec2 varyTextCoord; 
uniform sampler2D colorMap; 
void main()
{
     gl_FragColor = texture2D(colorMap, varyTextCoord);
}

2.4 逐片段操作

• 像素归属测试： 确定帧缓存区中位置（Xw,Yw）的像素⽬前是不是归属于OpenGL ES所有。 例如，如果⼀个显示OpenGL ES帧缓存区View被另外⼀个View 所遮蔽，则窗⼝系统可以确定被遮蔽的像素不属于OpenGL ES 上下⽂，从⽽不全显示这些像素. ⽽像素归属测试是OpenGL ES 的⼀部分，它不由开发者开⼈为控制，⽽是由OpenGL ES 内部进⾏。
• 裁剪测试：裁剪测试确定（Xw,Yw）是否位于作为OpenGL ES状态的⼀部分裁剪矩形范围内，如果该⽚段位于裁剪区域之外，则被抛弃。
• 深度测试：输⼊⽚段的深度值进步⽐较,确定⽚段是否拒绝测试
• 混合：混合将新⽣成的⽚段颜⾊与保存在帧缓存的位置的颜⾊值组合起来。
• 抖动：抖动可⽤于最⼩化因为使⽤有限精度在帧缓存区中保存颜⾊值⽽产⽣的伪像。

3. EGL（Embedded Graphics Library）与EAGL

  OpenGL ES命令需要渲染上下文和绘制表面才能完成图形图像的绘制，渲染上下文是为了存储相关OpenGL ES状态，绘制表面主要是绘制图元的表面，它指定渲染所需要的缓存区类型（比如：颜色缓冲区、深度缓冲区或模板缓冲区），但是OpenGL ES API并没有提供如何创建渲染上下文或者上下文如何连接到原生窗口系统，EGL是Khronos渲染API（如OpenGL ES）和原生窗口系统之间的接口，唯一支持OpenGL ES却不支持EGL的平台是iOS，Apple提供自己的EGL API的iOS实现，称为EAGL，因为每个窗口系统都有不同的定义，所以EGL提供基本的不透明类型-EGLDisplay，这个类型封装了所有系统相关性，用于原生窗口系统接口。
  由于OpenGL ES是基于C的API，因此它⾮常便携且受到⼴泛⽀持。作为C API，它与Objective-C Cocoa Touch应⽤程序⽆缝集成。OpenGL ES规范没有定义窗⼝层； 相反，托管操作系统必须提供函数来创建⼀个接受命令的OpenGL ES 渲染上下⽂和⼀个帧缓冲区，其中写⼊任何绘图命令的结果。在iOS上使⽤OpenGL ES需要使⽤iOS类来设置和呈现绘图表⾯，并使⽤平台中⽴的API来呈现其内容。