图形学和OpenGL

2020-12-03 本文已影响0人 Jassi

OpenGL

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规范（API规范）.
是Khronos Group开发维护的一个规范，它主要为我们定义了用来操作图形和图片的一系列函数的API，需要注意的是OpenGL本身并非API。
GPU的硬件开发商则需要提供满足OpenGL规范的实现，这些实现通常被称为“驱动”，它们负责将OpenGL定义的API命令翻译为GPU指令。显卡驱动中包括了对OpenGL规范的实现。

竞品：

metal 苹果的

vulkan

directX/direct3D 微软的（对应编程语言HLSL）

shader

https://learnopengl-cn.github.io/01%20Getting%20started/05%20Shaders/

着色器(Shader)是运行在GPU上的小程序。这些小程序为图形渲染管线的某个特定部分而运行。从基本意义上来说，着色器只是一种把输入转化为输出的程序。着色器也是一种非常独立的程序，因为它们之间不能相互通信；它们之间唯一的沟通只有通过输入和输出。

https://blog.csdn.net/onafioo/article/details/38983197

着色程序分为两类：vertex shader program（顶点着色程序）和fragment shader program（片断着色程序）。对应GPU上的两个组件：Programmable Vertex Processor（可编程顶点处理器，又称为顶点着色器）和 Programmable Fragment Processor（可编程片断处理器，又称为片断着色器）。顶点和片段处理器被分离成可编程单元，可编程顶点处理器是一个硬件单元，可以运行顶点程序，而可编程片段处理器则是一个可以运行片段程序的单元。

顶点和片段处理器都拥有非常强大的并行计算能力

什么是片断？片断和像素有什么不一样？所谓片断就是所有的三维顶点在光栅化（矢量图转成位图）之后的数据集合，这些数据还没有经过深度值比较，而屏幕显示的像素都是经过深度比较的。

顶点着色器控制顶点坐标转换过程；片段着色器控制像素颜色计算过程。这样就区分出顶点着色程序和片段着色程序的各自分工：Vertex program负责顶点坐标变换和几何计算；Fragment program负责像素颜色计算；前者的输出是后者的输入。

GLSL

声明

着色器是使用一种叫GLSL的类C语言写成的， GPU变成语言

着色器的开头总是要声明版本，接着是输入和输出变量、uniform和函数。每个着色器的入口点都是函数，在这个main函数中我们处理所有的输入变量，并将结果输出到输出变量中。

#version version_number

in type in_variable_name;

out type out_variable_name;

uniform type uniform_name;

int main()

{

// 处理输入并进行一些图形操作

...

// 输出处理过的结果到输出变量

out_variable_name = weird_stuff_we_processed;

}

分类：

vertexShader: 数量有限跟硬件有关，一般不少于16个

fragmentShader
着色器是各自独立的小程序，每个着色器都有输入和输出，并进行数据交流和传递。一个输出变量与下一个着色器阶段的输入匹配（名字相同），它就会传递下去。

vertexShader从顶点数据中直接接收输入,使用location这一元数据指定输入变量。顶点着色器需要为它的输入提供一个额外的layout标识，这样我们才能把它链接到顶点数据layout (location = 0)。在OpenGL代码中使用查询属性位置值(Location)

fragment，它需要一个vec4颜色输出变量，因为片段着色器需要生成一个最终输出的颜色。如果你在片段着色器没有定义输出颜色，OpenGL会把你的物体渲染为黑色（或白色）。

数据类型：

基础类型 int、float、double、uint、bool
容器类型：Vector、Matrix

Vector类型：

可以包含1-4个基础类型的分量

重组swizzling

一个向量的分量可以通过vec.x这种方式获取，这里x是指这个向量的第一个分量。你可以分别使用.x、.y、.z和.w来获取它们的第1、2、3、4个分量。GLSL也允许你对颜色使用rgba，或是对纹理坐标使用stpq访问相同的分量。

向量这一数据类型也允许一些有趣而灵活的分量选择方式，叫做(Swizzling)。重组允许这样的语法：

vec2 someVec;

vec4 differentVec = someVec.xyxx;

vec3 anotherVec = differentVec.zyw;

vec4 otherVec = someVec.xxxx + anotherVec.yxzy;

你可以使用上面4个字母任意组合来创建一个和原来向量一样长的（同类型）新向量，只要原来向量有那些分量即可；然而，你不允许在一个vec2向量中去获取.z元素。我们也可以把一个向量作为一个参数传给不同的向量构造函数，以减少需求参数的数量：

vec2 vect = vec2(0.5, 0.7);

vec4 result = vec4(vect, 0.0, 0.0);

vec4 otherResult = vec4(result.xyz, 1.0);

uniform

是一种从CPU中的应用向GPU中的着色器发送数据的方式，但uniform和顶点属性有些不同。首先，uniform是(Global)。全局意味着uniform变量必须在每个着色器程序对象中都是独一无二的，而且它可以被着色器程序的任意着色器在任意阶段访问。第二，无论你把uniform值设置成什么，uniform会一直保存它们的数据，直到它们被重置或更新。

输入输出

vertexShader与fragShader链接

**顶点着色器**

#version 330 core

layout (location = 0) in vec3 aPos; // 位置变量的属性位置值为0

out vec4 vertexColor; // 为片段着色器指定一个颜色输出

void main()

{

gl_Position = vec4(aPos, 1.0); // 注意我们如何把一个vec3作为vec4的构造器的参数

vertexColor = vec4(0.5, 0.0, 0.0, 1.0); // 把输出变量设置为暗红色

}

**片段着色器**

#version 330 core

out vec4 FragColor;

in vec4 vertexColor; // 从顶点着色器传来的输入变量（名称相同、类型相同）

void main()

{

FragColor = vertexColor;

}

如何使用GLSL

使用canvas.getContext('webgl'), 就可以使用gl实例的语法了 eg

.createShader(shaderType)

.shaderSource(shaderInstance, option)

.compileShader(shaderInstance)

.createProgram()

.attachShader(programInstance, shaderInstance)

.linkProgram(programInstance)

.useProgram(programInstance)

.createBuffer()

.bindBuffer(bufferType, bufferInstance)

.bufferData(bufferType, data)

.vertexAttribArrary()

.enableVertexAttribArray(position)

.drawArrays()

可以解决前端的什么问题呢？

生成图片、修改图片

减少引入切图

结论

但是使用OpenGL绘制图形还是很难的(很多时候是一个数学问题)吧所以权衡一下把

图形学和OpenGL

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