在IT界,有过图形/图像方面研究的开发者对于OpenGL一词肯定不陌生,但对于其中细节又有多少人了解呢?
那么今天开始我就对OpenGL这方面的知识做个简单的总结
到底什么是OpenGL,百度百科的解释是:
OpenGL(英语:Open Graphics Library,译名:开放图形库或者“开放式图形库”)是用于渲染2D、3D矢量图形的跨语言、跨平台的应用程序编程接口(API)。
只看这个解释似乎还是不能对OpenGL产生直观深刻的理解,接下来我带大家了解一下OpenGL一些常用专业名词吧。
上下文context
context 一词的英文解释是:事情发生的背景,环境,来龙去脉;上下文;语境
在OpenGL中上下⽂是一个非常庞大的状态机(下面有解释),保存了OpenGL在图片绘制的过程中,根据设置或者输入输出以提供颜色,纹理,缓冲区资源的状态表示,来进行对图片/图像数据的处理操作,可以理解为操纵的处理图像的大机器,这也是OpenGL指令执⾏的基础。
OpenGL的函数方法,类似C语⾔一样是⾯向过程的函数,本质上都是对OpenGL上下文这个庞大的状态机中的某个状态或者对象 进行操作。
状态机
状态机描述了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,条件及转变中所执⾏的活动,具有以下特点:
有记忆功能,能记住其当前的状态
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,便不再接收输入,停⽌工作。
渲染Rendering
将图形/图像具体的数据(如RGBA数据)转换成2D空间可视图像的操作步骤。
顶点数组VertexArray
顶点数组是存放构成图形/图像轮廓转折点(转角)数据的集合,画图一般都是先画好基本框架,边界点,然后再进行颜色填充,这些顶点数据最终是存储在开发者选择设定函数指针,在调⽤用绘制⽅法的时候,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。
OpenGL中的图像都是由图元组成。在OpenGL ES中,有3种类型的图元:点、线、三⻆角形。
顶点缓存区VertexBuffer
对于顶点数组存放区而言,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到显存当中,这部分的显存,就被称为顶点缓冲区。
管线 固定管线
在OpenGL下渲染图形,图形从原始数据到处理到最后的可视图像,有一系列的规范操作,这些操作类似流水线一样按照设置好的流程经历各个处理发展像水从⼀根管⼦的⼀端流到另⼀端的这个顺序叫管线,管线是一个抽象的概念。
固定管线 则是已经设置好固定算法,固定步骤而去生成固定图形图像的流程步骤,这个流程不可去改变
着色器 固定着色器 自定义着色器Shader
全面的将固定渲染管线架构变为了可编程渲染管线。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。
常⻅的着色器主要有:
顶点着⾊色器器(VertexShader),
⽚段着色器(FragmentShader)/像素着色器(PixelShader),
⼏何着⾊色器器(GeometryShader),曲⾯面细分着⾊色器器(TessellationShader)。
固定着色器 在早期的OpenGL版本中,它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、裁剪等等诸多功能的固定shader程序来完成,来帮助开发者来完成图形的渲染. 而开发者只需要传入相应的参数,就能快速完成图形的渲染.
自定义着色器 由于OpenGL的使用场景非常丰富,固定管线或存储着色器⽆法完成每⼀个业务.这时将相关部分开放成可编程,就叫自定义着色器
顶点着⾊色器器VertexShader
⼀般来说典型的需要计算的顶点属性主要包括顶点坐标变换、逐顶点光照运算等等。顶点坐标由⾃自身坐标系转换到归⼀一化坐标系的运算,就是在这里发⽣的。
⽚元着⾊器程序FragmentShader
⼀般⽤来处理图形中每个像素点颜色计算和填充
⽚段着⾊器是OpenGL中⽤于计算片段(像素)颜⾊的程序。⽚段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段着⾊器,当然它是并行执行的。
GLSL
OpenGL着色语言(OpenGL Shading Language)是⽤来在OpenGL中着色编程的语⾔,也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,使渲染管线中不同层次具有可编程性,比如:视图转换、投 影转换等。
GLSL(GL Shading Language)的着⾊器代码分成2个部分: Vertex Shader(顶点着⾊器)和Fragment(⽚元着⾊器)
光栅化Rasterization
是把顶点数据转换为⽚元的过程,把物体的数学描述以及与物体相关的颜⾊信息转换为屏幕上用于对应位置的像素及用于填充像素的颜色,这个过程称为光栅化,一个将模拟信号转化为离散信号的过程,具有将图转化为⼀个个栅格组成的图象的作用,特点是每个元素对应帧缓冲区中的⼀像素。
光栅化是⼀种将⼏何图元变为二维图像的过程。该过程包含了两部分的工作。第⼀部分⼯作:决定窗口坐标中的哪些整型栅格区域被基本图元占用;第⼆部分工作: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. 在渲染图形时需要在其编码填充图⽚,为了使得场景更加逼真.把使⽤的图片说的纹理.但是在OpenGL中,我们更习惯叫纹理,而不是图片.
混合Blending
在测试阶段之后,如果像素依然没有被剔除,那么像素的颜色将会和帧缓冲区中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。展现效果会形成色值上的改变叠加。
变换矩阵Transformation
用于图形发生平移,缩放,旋转变换时
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
渲染上屏/交换缓冲区(SwapBuffer)
渲染缓冲区⼀般映射的是系统的资源如窗⼝。如果将图像直接渲染到窗⼝对应的渲染缓冲区,则可以将图像显示到屏幕上。
但是,如果每个窗口只有一个缓冲区,那么在绘制过程中屏幕进⾏了刷新,窗⼝可能不能连贯的展示完整的图像
为了解决这样问题,常规的OpenGL程序至少都会有两个缓冲区。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。在一个缓冲区渲染完成之后,通过将屏幕缓冲区和离屏缓冲区交换,实现图像在屏幕上的连续显示。