iOS OpenGL ES 学习笔记（一）

我基本是看https://learnopengl-cn.github.io/这个教程，
和落影loyinglin的博客https://www.jianshu.com/nb/2135411来学习的

首先要知道OpenGL是什么，以及对iOS开发而言，它可以做点什么？
一般它被认为是一个API(Application Programming Interface, 应用程序编程接口)，包含了一系列可以操作图形、图像的函数。然而，OpenGL本身并不是一个API，它仅仅是一个由Khronos组织制定并维护的规范(Specification)。
简单来说，对我们最上层的开发者而言，OpenGL就是一套供我们调用的操作图形、图像的函数。而OpenGL ES是其移动版，在手机端开发中用到的基本就是OpenGL ES。

而关于OpenGL可以做什么，可以从另外的角度解释一下：
GPUImage就是对OpenGL ES 图像处理方面功能的封装；也就是说，GPUImage实现的功能，都可以用OpenGL实现。
而现在市面上绝大部分的直播，相机类的APP，都是基于GPUImage来实现的。
具体的功能来说，实时的滤镜，贴图，水印等都可以用OpenGL实现。

涉及的知识

在iOS上使用OpenGL，基本上会涉及到 OpenGL ES，GPUImage， GLKit 这三块的知识，其中:
OpenGL ES是最基础最底层的；
GPUImage将OpenGL ES封装成完全的Objective-C方法，如果不自己写滤镜或者做什么极其个性化的需求，基本不用写OpenGL的代码；
GLKit是封装了OpenGL的部分内容，使用GLKit的话还要写不少OpenGL的代码。

如果想要弄明白GPUImage的工作原理，或者用GPUImage实现一些个性化的需求，那学习并理解一些OpenGL的知识就是必不可少的，所以要从最基本的OpenGL概念开始学起。

OpenGL自身是一个巨大的状态机(State Machine)：一系列的变量描述OpenGL此刻应当如何运行。OpenGL的状态通常被称为OpenGL上下文(Context)。我们通常使用如下途径去更改OpenGL状态：设置选项，操作缓冲。最后，我们使用当前OpenGL上下文来渲染。

OpenGL的工作流程

需要重点理解的就是 OpenGL的工作流程，这一部分https://learnopengl-cn.github.io/01%20Getting%20started/04%20Hello%20Triangle/ 里面解释的很清楚，虽然它写的是PC环境下的，但原理跟移动端是一模一样的。

在OpenGL中，任何事物都存在于3D空间中，而屏幕确是2D的，所以OpenGL的大部分工作都是关于把3D坐标转换为适应屏幕的2D像素。这个过程是由OpenGL的 图形渲染管线（Graphics Pipeline）管理的，可以分为两个主要部分：一是将3D坐标转换为2D坐标，二是将2D坐标转变为实际的有颜色的像素。

这个过程又可以分为好几个阶段，每个阶段把前一个阶段的输出作为输入，所以是一个链式的操作。而且每个阶段都是高度定制化的，可以并行的执行在GPU上，每个阶段的操作都有一小段程序，称之为 着色器（Shader）！有些着色器允许开发者自己写，所以开发者可以更细致的控制这个阶段的操作应该怎样执行。OpenGL的Shader是用 OPenGL着色器语言（OpenGL Shading language， GLSL）写的，这是一门类似C语言的编程语言，很好入门。

重点就是这张图：

image.png

上图即是 图形渲染管线 的主要几个阶段。这里直接摘抄教程里面的解释：
1, 图形渲染管线的第一个部分是顶点着色器(Vertex Shader)，它把一个单独的顶点作为输入。顶点着色器主要的目的是把3D坐标转为另一种3D坐标（后面会解释），同时顶点着色器允许我们对顶点属性进行一些基本处理。

2, 图元装配(Primitive Assembly)阶段将顶点着色器输出的所有顶点作为输入（如果是GL_POINTS，那么就是一个顶点），并所有的点装配成指定图元的形状；本节例子中是一个三角形。

3, 图元装配阶段的输出会传递给几何着色器(Geometry Shader)。几何着色器把图元形式的一系列顶点的集合作为输入，它可以通过产生新顶点构造出新的（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。

4, 几何着色器的输出会被传入光栅化阶段(Rasterization Stage)，这里它会把图元映射为最终屏幕上相应的像素，生成供片段着色器(Fragment Shader)使用的片段(Fragment)。在片段着色器运行之前会执行裁切(Clipping)。裁切会丢弃超出你的视图以外的所有像素，用来提升执行效率。

5, 片段着色器的主要目的是计算一个像素的最终颜色，这也是所有OpenGL高级效果产生的地方。通常，片段着色器包含3D场景的数据（比如光照、阴影、光的颜色等等），这些数据可以被用来计算最终像素的颜色。

6, 在所有对应颜色值确定以后，最终的对象将会被传到最后一个阶段，我们叫做Alpha测试和混合(Blending)阶段。这个阶段检测片段的对应的深度（和模板(Stencil)）值（后面会讲），用它们来判断这个像素是其它物体的前面还是后面，决定是否应该丢弃。这个阶段也会检查alpha值（alpha值定义了一个物体的透明度）并对物体进行混合(Blend)。所以，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。
可以看到，图形渲染管线非常复杂，它包含很多可配置的部分。然而，对于大多数场合，我们只需要配置顶点和片段着色器就行了。几何着色器是可选的，通常使用它默认的着色器就行了。

在现代OpenGL中，我们必须定义至少一个顶点着色器和一个片段着色器（因为GPU中没有默认的顶点/片段着色器）。

小结

以上是OpenGL的一些基本概念，弄清楚这些非常有助于理解其工作原理，也很有助于理解之后demo里的代码。