OpenGL入门

写在前面：

最近项目要做视频编辑功能，需要用到GPUImage，但是GPUImage又要用到OpenGL ES的知识，于是就从最上层一直追代码追到了OpenGL里，发现OpenGL能做的事情太多了！而且代码看起来很复杂，完全的晦涩难懂。被OpenGL里面的语句搞得一个头两个大，一会儿gen一下，一会儿bind一下，一会儿又active一下。这里总结下网上的教程，希望对OpenGL有更好的理解。

先来解释下OpenGL为什么会射击这么多的操作顺序。这是因为和我现在使用的C++,Object-C这种面向对象的语言不同，OpenGL中的大多数函数使用了一种基于状态的方法，大多数的OpenGL对象都需要在使用前把该对象绑定到context上。这里有两个新名词——OpenGL对象和Context。

Context

Context是个非常抽象的概念，我理解的是有点像iOS中的画布(CGContextRef)，也可以把它理解成一个包含了所有OpenGL状态的对象。如果我们把一个Context销毁了，那么OpenGL也不复存在。

OpenGL对象

我们可以吧OpenGL对象理解成一个状态的集合，它负责管理它下属的所有状态。当然，除了状态，OpenGL对象还会存储其他数据。注意，这些状态和context中的状态并不重合，只有把一个OpenGL对象绑定到context上时，OpenGL对象的各种状态才会映射到context的状态。因此，这时如果我们改变了context的状态，那么也会影响这个对象，而相反的，依赖这些context状态的函数也会使用存储这个对象上的数据。

因此，OpenGL对象的绑定既可能是为了修改该对象的状态（大多数对象需要绑定到context上才可以改变它的状态），也可能是为了让context渲染时使用它的状态。

画了一个图，仅供理解。图中灰色的方块代表各种状态，箭头表示把一个OpenGL对象绑定到context上后，对应状态的映射。

image.png

OpenGL对象 包含了下面一些类型：Buffer Objects, Vertex Array Objects, Texttures, Framebuffer Objects等等。
我们下面会讲到Vertex Array Objects这个对象。

这些对象都有三个相关的重要函数:

void glGen*(GLsizei n, GLuint *objects);

负责生成一个对象的name。而name就是这个对象的引用。

  void glDelete*(GLsizei n, const GLuint *objects);

负责销毁一个对象。

  void glBind*(GLenum target, GLuint object);

将对象绑定到context上。

关于OpenGL对象还有很多内容，可以参见官方Wiki

这里还要了解一些图形名词。

渲染(Rendering)： 计算机从模型到创建一张图像的过程。OpenGL仅仅是其中一个渲染系统。热爱是基于一个光栅化的系统，其他的系统还有光线追踪(但是有时也会用到OpenGL)等。

模型(Models)或者对象(Objects)：这里两者含义一样。指从几何图元一一点，线，三角形中创建的东西，由顶点指定。

着色器(Shaders)：这是一类特殊的函数，在图形硬件上执行的。我们可以理解成，Shader是一些为图形处理单元(GPU)编译的小程序。OpenGL包含了编译工具来把我们编写的Shader源代码编译成可以在GPU上运行的代码。在OpenGL中，我们可以使用四种Shader阶段。最常见的就是vertext shaders——他们可以处理顶点数据；以及fragment shaders，它们处理光栅化后生成的fragments。vertext shaders和fragment shaders是每个OpenGL程序必不可少的部分。

像素(pixel)：像素是我们显示器上最小可见元素。我们系统中的像素被存储在一个帧缓存(framebuffer)中。帧缓存是一块由图形硬件管理的内存空间，用于提供给我们的显示设备。

OpenGL坐标系

OpenGL坐标系是不同于UIKit坐标系，它是这样的

image.png

除了方向，还有一个点需要注意，默认情况各个方向坐标值范围为(-1, 1)，而不是UIKit中的(0, 320)。当绘制点(320, 0)，它并不会出现在屏幕右上角。在SE1中，可以通过以下代码将坐标系转化为熟悉的(320, 480)

- (void)glkView:(GLKView *)view drawInRect:(CGRect)rect {
    glViewport(0, 0, rect.size.width * 2, rect.size.height * 2);
    glMatrixMode(GL_PROJECTION);
    glLoadIdentity();
    glOrthof(0, 320, 0, 480, -1024, 1024);
    glMatrixMode(GL_MODELVIEW);
    glLoadIdentity();
}