初识OpenGL

OpenGL 简介

OpenGL 全称Open Graphics Library，是一个跨编程语言、跨平台的图形绘制渲染工具。调用GPU功能的API。可以用来绘制各种2D和3D图形，使用场景有全景和VR的视频渲染等。它独立于窗口系统和操作系统，以它为基础开发的应用程序可以十分方便地在各种平台间移植。

下面这张图呈现的是OpenGL的大致工作流程。

image

现在来对以上名词做一下解析

上下文（Context）

OpenGL本身就是一个非常庞大的状态机，其状态通常被称为OpenGL上下文，上下文中包存了如颜色、宽度等一系列变量来描述OpenGL此刻如何运行。我们调用OpenGL指令时，会先创建一个OpenGL上下文，通过对上下文中的某个状态进行操作，改变最终呈现的效果。OpenGL的API是面向过程的，其函数本质上都是对OpenGL上下文的某个状态进行操作的。应用程序可以创建多个不同的上下文，他们分别在各自的线程中使用，共享纹理、缓冲区等资源。

在此我们做一个拿PS 来做一个比喻，PS软件包含很多可以供我们调用的功能。我们把他看做一个庞大的状态机。在我们处理图片时候，它会初始化一个图片大小的窗口供我们使用。我们可以使用对他进行亮度，颜色，滤镜等调整，都会记录到操作记录里面，这个我们对比为上下文，我们所有的操作都会以图片的改变为结果导向。

顶点数组

openGL 绘制图形需要先确定图片的顶点位置，一个顶点数据包含三个坐标 (X, Y, Z) 由此可确定一个空间坐标。我们那三角形来举例，一个三角形有三个定点，那么用一维数组来标识一个三角形的顶点如下：

GLfloat vVerts[ ] =
 {
        -0.5f,0.0f,0.0f,
        0.5f,0.0f,0.0f,
        0.0f,0.5f,0.0f 
}

此数组称之为顶点数组。

顶点缓冲区

顶点数组是保存在内存中的，而渲染是在GPU上进行的，CPU的数据交到GPU上需要经过数据总线，效率可能会比较低，所以我们提前分配一块内存将顶点数据传到GPU的显存中，这一部分显存就被称为顶点缓冲区。

光栅化

是把顶点数据转换为片元的过程，具有将图转化为一个个栅格组成的图象的作用，每个元素对应帧缓冲区中的一像素，从而呈现在显示设备上的过程，如下图：

光栅化.png

光栅化包括两个过程：

决定窗口坐标中哪些栅格区那些被片元占用
分配一个颜色值，深度值到各个区域，光栅化的过程产生的是片元

纹理

开发中可理解为图片的意思。OpenGL 中习惯叫纹理。

OpenGL中的图片并不是我们平时理解的png格式的图片，而是解码后生产的包含RGBA数据的位图(tga文件）

着色器 (Shader)

着色器是用来替代固定渲染管线的可编辑程序。可以理解为一段供GPU调用代码段，我们将参数和数据输入到着色器中，着色器即计算这些数据得到对应的结果GPU产生对应处理，实现不同的渲染效果。

自定义着色器：目前只有顶点着色器和片元着色器。

顶点着色器 (VertexShader)
顶点着色器分为输入和输出两部分,负责的功能是把输入的数据进行矩阵变换位置,计算光照公式生成逐顶点颜⾊,⽣成/变换纹理坐标.并且把位置和纹理坐标这样的参数发送到片段着色器.
片元着色器 (FragmentShader)
片元着色器的作用是处理由光栅化阶段生成的每个片元，最终计算出每个像素的最终颜色。归根结底，实际上就是数据的集合。这个数据集合包含每一个像素的各个颜色分量和像素透明度的值。

管线

管线指的是我们将一系列数据转化到最终渲染出图像的过程。

大致可总结为：
顶点数据（Vertices） > 顶点着色器（Vertex Shader） > 图元装配（Assembly） > 几何着色器（Geometry Shader） > 光栅化（Rasterization） > 片断着色器（Fragment Shader） > 逐片断处理（Per-Fragment Operations） > 帧缓冲（FrameBuffer）。再经过双缓冲的交换（SwapBuffer），渲染内容就显示到了屏幕上。

投影

在计算机三维图像中，投影可以看作是一种将三维坐标变换为二维坐标的方法，常用到的有正交平行投影和透视投影。正交投影多用于三维健模，透视投影则由于和人的视觉系统相似，多用于在二维平面中对三维世界的呈现。

正交平行投影
投影线垂直于投影面。将一个三维点 (x,y,z) 正交平行投影到 xoy 平面上，则投影点坐标为 (x,y,0)。由于平行投影丢弃了深度信息，所以无法产生真实感，但可以保持物体之间相对大小关系不变。
透视投影
透视投影将投影面置于观察点和投影对象之间，距离观察者越远的物体，投影尺寸越小，投影效果具有真实感，常用于游戏和仿真领域。

左-透视投影右-正交平行投影