快速理解OpenGL专业名词
快速理解OpenGL专业名词
OpenGL是做什么的
OpenGL
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矢量图形语言、跨平台的应用程序编程接口（API）。这个接口由近350个不同的函数调用组成，用来从简单的图形比特绘制复杂的三维景象。OpenGL常用于CAD、虚拟现实、科学可视化程序和电子游戏开发。
其他图形库：
- OpenGL ES (OpenGL for Embedded Systems)：对OpenGL进行修改，为嵌入式设备而设计的另一套库
- DirectX：属于Windows系统的一套多媒体处理库，包含四大部分：显示部分、声⾳音部分、输⼊部分和网络部分
- Metal： Apple为游戏开发者推出了了新的平台技术Metal，该技术能够为3D 图像提⾼高10 倍的渲染性能.Metal 是Apple为了了解决3D渲染⽽而推出的框架
什么是GPU 图形渲染流水线（Pipeline）
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程序按照固定的顺序执行，且不能更改顺序，称为管线，这个翻译非常不友好，不好理解，容易有歧义，叫流程、流水线更好。
GPU 图形渲染流水线的具体实现可分为六个阶段，如下图所示。
- 顶点着色器（Vertex Shader）
- 形状装配（Shape Assembly），又称 图元装配
- 几何着色器（Geometry Shader）
- 光栅化（Rasterization）
- 片段着色器（Fragment Shader），又称 片元着色器
- 测试与混合（Tests and Blending）
- 帧缓冲区（Framebuffer）
第一阶段：顶点着色器。该阶段的输入是 顶点数据（Vertex Data） 数据，比如以数组的形式传递 3 个 3D 坐标用来表示一个三角形。顶点数据是一系列顶点的集合。
第二阶段：图元生成。该阶段将顶点着色器输出的所有顶点作为输入，并将所有的点装配成指定图元的形状。图中则是一个三角形。图元（Primitive） 用于表示如何渲染顶点数据，如：点、线、三角形。
第三阶段：几何着色器。该 新顶点构造出新的（或是其它的）图元来生成其他形状。例子中，它生成了另一个三角形。
第四阶段：光栅化。该阶段会把图元映射为最终屏幕上相应的像素，生成片段。片段（Fragment） 是渲染一个像素所需要的所有数据。
第五阶段：片段着色器。该阶段首先会对输入的片段进行 裁切（Clipping）。裁切会丢弃超出视图以外的所有像素，用来提升执行效率。
第六阶段：测试与混合。该阶段会检测片段的对应的深度值（z 坐标），判断这个像素位于其它物体的前面还是后面，决定是否应该丢弃。此外，该阶段还会检查 alpha 值（ alpha 值定义了一个物体的透明度），从而对物体进行混合。因此，即使在片段着色器中计算出来了一个像素输出的颜色，在渲染多个三角形的时候最后的像素颜色也可能完全不同。
最后阶段，帧缓冲区（未在图中标明）。是由像素组成的二维数组，每一个存储单元对应屏幕上的一个像素，整个帧缓冲对应一帧图像即当前屏幕画面。帧缓冲通常包括：颜色缓冲，深度缓冲，模板缓冲和累积缓冲。这些缓冲区可能是在一块内存区域，也可能单独分开。
什么是着色器（Shader）
着色器
想象一下给方块上色，画阴影，画线条。上色、画图的这个工具叫着色器。在OpenGL中的着色器可以着很多东西，比如这三个
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二维着色器
二维着色器处理的是数字图像，也叫纹理，着色器可以修改它们的像素。 -
像素着色器
像素着色器（英语：pixel shader）也叫片段着色器（英语：fragment shader），用于计算“片段”的颜色和其它属性，此处的“片段”通常是指单独的像素。最简单的像素着色器只有输出颜色值；复杂的像素着色器可以有多个输入输出。像素着色器既可以永远输出同一个颜色，也可以考虑光照、做凹凸贴图、生成阴影和高光，还可以实现半透明等效果。像素着色器还可以修改片段的深度，也可以为多个渲染目标输出多个颜色。
像素着色器还可以处理管线中间过程中的任何二维图像，包括精灵和纹理。因此，如果需要在栅格化后进行后期处理，像素着色器是唯一选择。 -
三维着色器
三维着色器处理的是三维模型或者其它几何体，可以访问用来绘制模型的颜色和纹理。下面几种都属于三维着色器
顶点着色器
顶点着色器是最早的三维着色器，顶点着色器处理每一个顶点，将顶点坐标投影在屏幕上，即计算顶点的二维坐标，同时还可以计算深度坐标。
几何着色器
几何着色器可以在着色器中生成新的顶点；
细分曲面着色器
细分曲面着色器（英语：tessellation shader）则可以向一组顶点中添加细节。这些着色器都会被安排在流水线（管线）中的。
什么是光栅化
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光栅化就是根据所有顶点的位置，计算和确定需要多少个像素才能构成这个图形，这个图非常贴切。顶点下方的方块即是计算出来的像素点。
什么是纹理
纹理，简单的理解就是一副图像。而把一副图像映射到图形上的过程，叫做纹理映射。
什么是混合
在OpenGL中，物体透明技术通常被叫做混合(Blending)。透明是物体的混合色，这种颜色来自于不同浓度的自身颜色和它后面的物体颜色。
什么是OpenGL上下文(Rendering Context)
上下文
如何理解“上下文”：比如在一篇文章中，我们看到一句话：“他飞快的跑了出去。”但是如果我们不看上下文的话，我们并不知道这句话究竟是什么意思：谁跑了出去？他是谁？他为什么要跑？ 写计算机理解的程序语言跟写文章是相似的，我们运行任何一段语句都需要有这样一个“上下文”的存在。
从另外一个角度去想，“他飞快的跑了出去。”这句话也属于文中内容，所以它也属于“上下文”。
而上下文在书中仅有一份，我们可以把它做成状态机，小说的任何一个部分的内容都可称为状态。
什么是渲染(Rendering)
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将图像数据转换成3D图像的操作叫做渲染
什么是矩阵、变换矩阵、投影矩阵
首先要明白什么是矩阵，然后要明白矩阵的变换，之后就会明白什么是投影矩阵。
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矩阵
下图就是矩阵，是初中二年级学的内容，图中包含三个坐标xyz。
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A:1,0,5
B:0,-1,2
C:0,0,1
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矩阵变换
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矩阵变换即是矩阵和矩阵的计算，比如加减乘除等。计算结果后得到一个新的矩阵。
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投影矩阵
也就是很多矩阵在一起被计算成投影到屏幕的坐标。
实际上是将要绘制的对象带入到了不同的坐标系中。我们注意到有这样几个坐标系：
- 模型坐标系：主要用以定义描述绘制对象；
- 世界坐标系：将要绘制的对象放置到世界坐标系中。所有的绘制对象需要一个共同的坐标系来决定对象之间的相对位置。正如一个杯子的坐标，只是用来描述杯子本身的形体，我们还需要把它们放到世界空间中，在它的旁边，可能还有茶壶、桌子等等。
- 视坐标：也叫照相机坐标系，你可以想象我们在那个方向、那个位置放置了一个照相机，也可以说，那是我们眼睛的位置。
- 裁剪坐标系：将区域进行裁剪，有些东西可能在视线之外，就需要裁掉；
- 归一化坐标系：OpenGL 认为它所绘制的区域是一个正方形，每个方向上范围在[-1,1]之间。
- 屏幕坐标系：或者说是窗口坐标系，就是将归一化坐标系投射到实际屏幕上。
更加形象的过程，如下图所示：
坐标变换流程
什么是渲染上屏/交换缓冲区
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常规的OpenGL程序⾄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显示。
什么是GLSL
GLSL - OpenGL Shading Language 也称作 GLslang，是一个以C语言为基础的高阶着色语言。它是由 OpenGL ARB所建立，提供开发者对绘图管线更多的直接控制，而无需使用汇编语言或硬件规格语言。
- GLSL 顶点着色器的简单范例
void main(void){
gl_Position = ftransform();
}
- GLSL 片断着色器的简单范例
void main(void){
gl_FragColor = vec4(1.0, 0.0, 0.0, 1.0);
}
什么是OpenGL状态机
程序跑起来后需要去修改、设置、添加各种不同的状态，使图像按照我们的想法显示出来。状态机中保存了对象的生命周期、响应事件、状态事件等等
文献：
计算机那些事(8)——图形图像渲染原/
Shader | 着色器知多少 | 片段（像素）着色器、顶点着色器、几何着色器
OpenGL ES---矩阵变换
OpenGL图形渲染管线图解
