图形API了解

在我们进行图形化开发的时候经常会使用图形API进行开发，首先我们对市面上的图形API进行一些简单的介绍。

• OpenGL全称为Open Graphics Library，是⼀个跨编程语⾔、跨平台的编程图形程序接⼝，它将计算机的资源抽象称为⼀个个OpenGL的对象，对这些资源的操作2抽象为⼀个个的OpenGL指令。
• OpenGL ES全称为OpenGL for Embedded Systems，是 OpenGL 三维图形 API 的⼦集，针对⼿机、PDA和游戏主机等嵌⼊式设备⽽设计，去除了许多不必要和性能较低的API接⼝。
• DirectX是由很多API组成的，DirectX并不是⼀个单纯的图形API. 最重要的是DirectX是属于Windows上⼀个多媒体处理框架.并不⽀持Windows以外的平台,所以不是跨平台框架. 按照性质分类，可以分为四⼤部分，显示部分、声⾳部分、输⼊部分和⽹络部分。
• Metal,Apple为游戏开发者推出了新的平台技术 Metal，该技术能够为 3D 图像提⾼ 10 倍的渲染性能.Metal 是Apple为了解决3D渲染⽽推出的框架。

image.jpeg

• TIPS：
  OpenGL ES是OpenGL的子集，所以OpenGL ES相对OpenGL删减了一切低效能的操作方式，有高性能的决不留低效能的，即只求效能不求兼容性(和苹果的作风类似)。

  在 MacOS 10.14 的文档中，苹果表示使用 OpenGL 和 OpenCL 构建的应用还可以继续在 macOS 10.14 中运行（但是即使 macOS 支持 OpenGL ，其内置版本依然是 8 年前发布的 OpenGL 3.3 ，而不是去年发布的 4.6）。不过苹果表示，这些“遗留技术”并不推荐使用。所以，所有使用 OpenGL 的游戏和应用建议转向 Metal ；同样，使用 OpenCL 进行计算任务的应用也建议采用 Metal 和 Metal Performance Shaders 。很明显，苹果此举是想要大力推广 Metal 图形技术，来替换掉“古老”的 OpenGL 接口和 OpenCL 接口。

image.jpg

图形API用处

• 游戏开发中的游戏场景/人物渲染
• 音视频开发中，对于视频解码后的渲染
• 地图开发
• 动画绘制
• 滤镜

OpenGL专业名词解析

• 上下文(Context) 可以理解为状态机。OpenGL本身就是一个巨大状态机。而状态机顾名思义就是用来保存当前程序的状态，在程序中初始化一次后就不需要再次初始化，下次调用的时候直接获取就可以。
    由于OpenGL上下⽂是⼀个巨⼤大的状态机，切换上下文往往会产生较⼤的开销，但是不同的绘制模块，可能需要使⽤完全独立的状态管理。因此，可以在应⽤程序中分别创建多个不同的上下文，在不同线程中使⽤不同的上下文，上下⽂之间共享纹理、缓冲区等资源。这样的方案，会⽐比反复切换上下⽂，或者⼤量修改渲染状态，更加合理高效。
    注意：在每次创建新的上下文之前，需要清除缓存，以免以前的状态影响新创建的上下文

• 渲染(Rendering)将图形/图像数据转换成2D空间图像操作叫做渲染。通俗的讲，就是将图片、视频等绘制到屏幕的过程

• 顶点数组( VertexArray )和顶点缓冲区(VertexBuffer)要弄清顶点数组，首页要知道顶点数据，在OpenGL ES中，有3种类型的图元：点、线、三⻆形。例如，一个三角形，它的三个顶点就称之为顶点数据，顶点数据就是描述一个图形顶点坐标的数据。
    顶点数组( VertexArray )和顶点缓冲区(VertexBuffer)就是保存这些数据的地方。顶点数组是将顶点数据保存在内存中；为了提高性能，提前分配⼀块显存，提前分配⼀块显存，将顶点数据预先传⼊到显存当中。而这部分显存则被称为 顶点缓冲区

• 管线类似于一条流水线，程序按规划好的流程进行执行，而这个流程就被称为管线

• 固定管线就是封装好的管线，只能对参数进行修改，内部程序无法修改

• 着色器(Shader)通俗来说就是一个方法或者一个函数，只不过是供GPU调用。OpenGL在处理shader时，和其他编译器⼀样。通过编译、链接等步骤，⽣
  成了着⾊器程序(glProgram)。常⻅的着⾊器主要有顶点着⾊器VertexShader，⽚段着⾊器(FragmentShader)/像素着⾊器(PixelShader)，⼏何着⾊器(GeometryShader)，曲⾯细分着⾊器(TessellationShader)

  • 固定着色器跟固定管线一样，由OPenGL提供，程序员只能修改参数。

  • 自定义着色器跟固定管线相反，可以由程序员自己用GLSL语言来编写代码段。即使到了OpenGL 3.0时，仍然只有两个着色器可以自定义，分别为顶点着色器，片元着色器。

  • 顶点着色器(VertexShader) 是用来处理顶点相关的代码。 顶点着色器可以用来进行下面几个操作：1.确定位置，通过顶点坐标，可以确定一个图形的位置，以及形状；2.对图形进行旋转、缩放、移动等操作；3.对3D图形数据进行投影换算，从而变成2D图形，展示在屏幕上

  • 片元着色器(FragmentShader) 片元着色器也叫像素着色器，当一个图形通过顶点着色器固定好位置及大小后，图形就变成了一个个的像素点。 而片元着色器就是对每个像素点进行颜⾊计算和填充。 片元着色器是调用GPU，所以是并行运算，可以轻松的搞定数据量较大的运算。

• GLSL(OpenGL Shading Language)OpenGL调用GPU工作所用到的语言就是GLSL语言，GLSL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)光栅化就是把顶点数据转换为⽚元的过程。光栅化分为2个过程。
  1.确定图形在屏幕中的位置，即定点坐标
  2.将颜色渲染到图形中

• 纹理本质上是一张图片，但是和我们平常所看到的png、jpg等格式的图片不同，png、jpg是压缩好的图片。 在 OpenGL中，png、jpg会被解压成.tga格式的图片，称之为纹理，而且OpenGL ES中，压缩图会被解压成位图，就变成了纹理。

• 混合(Blending)两个透明度不为1的图形进行叠加，会造成造成颜色混合，此操作称之为混合。混合会造成离屏渲染，消耗性能。

• 变换矩阵例如图形想发⽣平移,缩放,旋转变换.就需要使⽤变换矩阵。

• 投影矩阵⽤于将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