注意：本系列不会就OpenGL/OpenGL ES的专业名词和概念以及渲染流程做过多阐述，有还未清楚的或者刚接触OpenGL/OpenGL ES的请参考[OpenGL入门系列]
(https://www.jianshu.com/nb/36794104)
提示： 希望从零基础学习OpenGL ES的同学个人建议先去了解OpenGL(因为固定管线更方便初学者入门)

OpenGL ES (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。该API由Khronos集团定义推广，Khronos是一个图形软硬件行业协会，该协会主要关注图形和多媒体方面的开放标准。
OpenGL ES是以手持和嵌入式为目标的高级3D图形应用程序编程接口(API).是目前智能手机中占据统治地位的图形API.

OpenGL ES是OpenGL的简化版本，它消除了冗余功能，提供了一个即易于学习又更易于在移动图形硬件中实现的库。

支持平台、机型

• 支持iPad, iPhone3GS 和后续版本，以及iPodTouch3代和后续版本。

• 支持Android平台从Android 2.2版本开始。

• 支持Android NDK从Android 2.0版本开始。

• 支持BlackBerryPlayBook黑莓。

• 支持Pandora潘多拉控制台的3D库。

• 被WebGL支持：浏览器支持OpenGL

• 支持少数新款Nokia诺基亚手机，比如N900上的Maemo和N8上的Symbian3塞班3系统。

• 支持多款三星手机，包括Galaxy S和Wave。

• 使用开发插件可以支持Palm webOS。

• 支持Archos 爱可视上网本：70 IT, 101 IT

有关OpenGL ES API和OpenGL ES着色语言的完整参考，请参阅计划使用的OpenGL ES版本集合：

• OpenGL ES 1.1 Reference Pages
• OpenGL ES 2.0 Reference Pages
• OpenGL ES 3.0 Reference Pages

1. OpenGL ES as a Client-Server Architecture - OpenGL ES作为客户端 - 服务器架构

OpenGL ES和OpenGL相同，架构上分为服务端和客户端。应用程序将状态更改，纹理和顶点数据以及渲染命令传达给OpenGL ES客户端。 客户端将这些数据转换成图形硬件理解的格式，并将其转发到GPU。
简单理解：
我们编写的一系列代码例如调用OpenGL/OpenGL ES提供的各种API都可视为客户端部分，和其内部核心实现以及具体个GPU进行调度交互的功能部分属于服务端部分。

OpenGL ES Client-Server Architecture

2. OpenGL ES as a Graphics Pipeline - OpenGL ES作为图形流水线

下图可视化OpenGL ES作为图形管道。 您的应用程序配置图形流水线，然后执行绘图命令以将顶点数据发送到流水线。 管道的连续阶段运行一个顶点着色器来处理顶点数据，将顶点组合成图元，将原始图元栅格化成片段，运行片段着色器来计算每个片段的颜色和深度值，并将片段混合到一个帧缓冲区中进行显示。
而OpenGL中的固定管线则是把该流程封装好，作为固定流水线，暴漏出API以供客户端调用，在OpenGL ES3.0弃用。使用GLSL（OpenGL着色语言OpenGL Shading Language）可编程管线，iOS系统中苹果原生提供了GLKit封装了简单图形绘制库（后续会专门写篇文章介绍）。

OpenGL ES 渲染管线

3. Use Double Buffering to Avoid Resource Conflicts - 使用双缓冲来避免资源冲突

当您的应用程序和OpenGL ES同时访问OpenGL ES对象时，会发生资源冲突。 当一个参与者尝试修改由另一个使用的OpenGL ES对象时，它们可能会阻塞，直到对象不再使用。 一旦他们开始修改对象，其他参与者可能不会访问对象，直到修改完成。 或者，OpenGL ES可能会隐式复制对象，以便两个参与者可以继续执行命令。 这两个选项都是安全的，但每个选项都可能会成为您应用程序中的瓶颈。 下图显示了这个问题。 在这个例子中，有一个单一的纹理对象，OpenGL ES和你的应用都要使用。 当应用程序尝试更改纹理时，必须等到之前提交的绘图命令完成 - CPU才能与GPU同步。

要解决这个问题，您的应用程序可以在更改对象和绘图之间执行其他工作。 但是，如果您的应用程序没有可以执行的其他工作，它应该显式地创建两个相同大小的对象; 而一个参与者读取一个对象，另一个参与者修改另一个对象。 下图说明了双缓冲方式。 当GPU在一个纹理上运行时，CPU会修改另一个纹理。 初始启动后，CPU或GPU都不空闲。 虽然为纹理显示，此解决方案适用于几乎任何类型的OpenGL ES对象。

双重缓冲对于大多数应用程序来说已经足够了，但是要求两位参与者在大致相同的时间内完成处理命令。 为了避免阻塞，您可以添加更多缓冲区; 这实现了传统的生产者 - 消费者模式。 如果生产者在消费者完成处理命令之前完成，则它需要空闲缓冲区并继续处理命令。 在这种情况下，生产者只有在消费者落后的情况下才会闲置。

双重和三重缓冲器消除额外的内存，以防止管道停滞。 额外使用内存可能会对应用程序的其他部分造成压力。 在iOS设备上，内存可能很少; 您的设计可能需要平衡使用更多的内存与其他应用程序优化。

OpenGL ES 定义了跨平台的接口来使用 GPU 的硬件性能加速图形的渲染，其中由渲染上下文来执行渲染命令，帧缓存存储渲染结果，渲染目标显示帧缓存中结果。对应到 iOS 中，EAGLContext 是实现上下文的类，GLKView 和 CAEAGLLayer 则用来显示最终的渲染结果。

入门案例：OpenGL ES的‘hello word’

这里我们使用GLkit
1.新建工程 ,导入GLKit, ViewController.h中类别修改为继承自GLKViewController

#import <UIKit/UIKit.h>
#import <GLKit/GLKit.h>

@interface ViewController : GLKViewController

@end

2.viewController.m中导入

#import <OpenGLES/ES3/gl.h>
#import <OpenGLES/ES3/glext.h>

• OpenGL ES 相关初始化

-(void)setUpConfig
{
    //1.初始化上下文&设置当前上下文
    /*
     EAGLContext 是苹果iOS平台下实现OpenGLES 渲染层.
     kEAGLRenderingAPIOpenGLES1 = 1, 固定管线
     kEAGLRenderingAPIOpenGLES2 = 2,
     kEAGLRenderingAPIOpenGLES3 = 3,
     */
    context = [[EAGLContext alloc]initWithAPI:kEAGLRenderingAPIOpenGLES3];
    //判断context是否创建成功
    if (!context) {
        NSLog(@"Create ES context Failed");
    }
    //设置当前上下文
    [EAGLContext setCurrentContext:context];
    
    //2.获取GLKView & 设置context
    GLKView *view =(GLKView *) self.view;
    view.context = context;
    
    /*3.配置视图创建的渲染缓存区.
     
     (1). drawableColorFormat: 颜色缓存区格式.
     简介:  OpenGL ES 有一个缓存区，它用以存储将在屏幕中显示的颜色。你可以使用其属性来设置缓冲区中的每个像素的颜色格式。
     
     GLKViewDrawableColorFormatRGBA8888 = 0,
     默认.缓存区的每个像素的最小组成部分（RGBA）使用8个bit，（所以每个像素4个字节，4*8个bit）。
     
     GLKViewDrawableColorFormatRGB565,
     如果你的APP允许更小范围的颜色，即可设置这个。会让你的APP消耗更小的资源（内存和处理时间）
     
     (2). drawableDepthFormat: 深度缓存区格式
     
     GLKViewDrawableDepthFormatNone = 0,意味着完全没有深度缓冲区
     GLKViewDrawableDepthFormat16,
     GLKViewDrawableDepthFormat24,
     如果你要使用这个属性（一般用于3D游戏），你应该选择GLKViewDrawableDepthFormat16
     或GLKViewDrawableDepthFormat24。这里的差别是使用GLKViewDrawableDepthFormat16
     将消耗更少的资源
     
     */
    
    //3.配置视图创建的渲染缓存区.
    view.drawableColorFormat = GLKViewDrawableColorFormatRGBA8888;
    view.drawableDepthFormat = GLKViewDrawableDepthFormat16;
    
    //4.设置背景颜色
    glClearColor(0.7, 0.7, 0.7, 1.0);
}

• 加载顶点/纹理坐标数据

-(void)setUpVertexData
{
    //1.设置顶点数组(顶点坐标,纹理坐标)
    /*
     纹理坐标系取值范围[0,1];原点是左下角(0,0);
     故而(0,0)是纹理图像的左下角, 点(1,1)是右上角.
     */
    GLfloat vertexData[] = {
        
        0.5, -0.5, 0.0f,    1.0f, 0.0f, //右下
        0.5, 0.5, -0.0f,    1.0f, 1.0f, //右上
        -0.5, 0.5, 0.0f,    0.0f, 1.0f, //左上
        
        0.5, -0.5, 0.0f,    1.0f, 0.0f, //右下
        -0.5, 0.5, 0.0f,    0.0f, 1.0f, //左上
        -0.5, -0.5, 0.0f,   0.0f, 0.0f, //左下
    };
 
    /*
     顶点数组: 开发者可以选择设定函数指针，在调用绘制方法的时候，直接由内存传入顶点数据，也就是说这部分数据之前是存储在内存当中的，被称为顶点数组
     
     顶点缓存区: 性能更高的做法是，提前分配一块显存，将顶点数据预先传入到显存当中。这部分的显存，就被称为顶点缓冲区
     */
    
    //2.开辟顶点缓存区
    //(1).创建顶点缓存区标识符ID
    GLuint bufferID;
    glGenBuffers(1, &bufferID);
    //(2).绑定顶点缓存区.(明确作用)
    glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, bufferID);
    //(3).将顶点数组的数据copy到顶点缓存区中(GPU显存中)
    glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(vertexData), vertexData, GL_STATIC_DRAW);
    
    //3.打开读取通道.
    /*
     (1)在iOS中, 默认情况下，出于性能考虑，所有顶点着色器的属性（Attribute）变量都是关闭的.
     意味着,顶点数据在着色器端(服务端)是不可用的. 即使你已经使用glBufferData方法,将顶点数据从内存拷贝到顶点缓存区中(GPU显存中).
     所以, 必须由glEnableVertexAttribArray 方法打开通道.指定访问属性.才能让顶点着色器能够访问到从CPU复制到GPU的数据.
     注意: 数据在GPU端是否可见，即，着色器能否读取到数据，由是否启用了对应的属性决定，这就是glEnableVertexAttribArray的功能，允许顶点着色器读取GPU（服务器端）数据。
   
    (2)方法简介
    glVertexAttribPointer (GLuint indx, GLint size, GLenum type, GLboolean normalized, GLsizei stride, const GLvoid* ptr)
   
    功能: 上传顶点数据到显存的方法（设置合适的方式从buffer里面读取数据）
    参数列表:
        index,指定要修改的顶点属性的索引值,例如
        size, 每次读取数量。（如position是由3个（x,y,z）组成，而颜色是4个（r,g,b,a）,纹理则是2个.）
        type,指定数组中每个组件的数据类型。可用的符号常量有GL_BYTE, GL_UNSIGNED_BYTE, GL_SHORT,GL_UNSIGNED_SHORT, GL_FIXED, 和 GL_FLOAT，初始值为GL_FLOAT。
        normalized,指定当被访问时，固定点数据值是否应该被归一化（GL_TRUE）或者直接转换为固定点值（GL_FALSE）
        stride,指定连续顶点属性之间的偏移量。如果为0，那么顶点属性会被理解为：它们是紧密排列在一起的。初始值为0
        ptr指定一个指针，指向数组中第一个顶点属性的第一个组件。初始值为0
     */
    
    //顶点坐标数据
    glEnableVertexAttribArray(GLKVertexAttribPosition);
    glVertexAttribPointer(GLKVertexAttribPosition, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, sizeof(GLfloat) * 5, (GLfloat *)NULL + 0);
    
    
    //纹理坐标数据
    glEnableVertexAttribArray(GLKVertexAttribTexCoord0);
    glVertexAttribPointer(GLKVertexAttribTexCoord0, 2, GL_FLOAT, GL_FALSE, sizeof(GLfloat) * 5, (GLfloat *)NULL + 3);
 
}

• 加载纹理数据(使用GLBaseEffect)

-(void)setUpTexture
{
    //1.获取纹理图片路径
    NSString *filePath = [[NSBundle mainBundle]pathForResource:@"logOnbg" ofType:@"png"];
    
    //2.设置纹理参数
    //纹理坐标原点是左下角,但是图片显示原点应该是左上角.
    NSDictionary *options = [NSDictionary dictionaryWithObjectsAndKeys:@(1),GLKTextureLoaderOriginBottomLeft, nil];
    
    GLKTextureInfo *textureInfo = [GLKTextureLoader textureWithContentsOfFile:filePath options:options error:nil];
    
    //3.使用苹果GLKit 提供GLKBaseEffect 完成着色器工作(顶点/片元)
    cEffect = [[GLKBaseEffect alloc]init];
    cEffect.texture2d0.enabled = GL_TRUE;
    cEffect.texture2d0.name = textureInfo.name;
}

• 绘制视图的内容 GLKViewDelegate

//绘制视图的内容
/*
 GLKView对象使其OpenGL ES上下文成为当前上下文，并将其framebuffer绑定为OpenGL ES呈现命令的目标。然后，委托方法应该绘制视图的内容。
*/
- (void)glkView:(GLKView *)view drawInRect:(CGRect)rect
{
    //1.
    glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
    
    //2.准备绘制
    [cEffect prepareToDraw];
    
    //3.开始绘制
    glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, 6);
    
}

• 最后在viewDidLoad中依次调用方法就可以了

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    // Do any additional setup after loading the view, typically from a nib.
    
    //1.OpenGL ES 相关初始化
    [self setUpConfig];
    
    //2.加载顶点/纹理坐标数据
    [self setUpVertexData];
    
    //3.加载纹理数据(使用GLBaseEffect)
    [self setUpTexture];
}

显示结果:

image.png

最后一个小提示OpenGL ES使用GPU的部分在Xcode的模拟器上运行是可以使用的，模拟器会用CPU模拟GPU功能，Metal则不可以。