OpenGL专业名词解析

OpenGL上下文context

• 在应⽤程序调用任何OpenGL的指令之前，需要安排首先创建⼀个OpenGL的 上下文。这个上下⽂是一个非常庞大的状态机，保存了OpenGL中的各种状态，这也是OpenGL指令执⾏的基础
• OpenGL的函数不管在哪个语言中，都是类似C语⾔一样的面向过程的函数，本质上都是对OpenGL上下文这个庞⼤的状态机中的某个状态或者对象进行操作，当然你得首先把这个对象设置为当前对象。因此，通过对 OpenGL指令的封装，是可以将OpenGL的相关调用封装成为⼀个面向对象的图形API
• 由于OpenGL上下文是⼀个巨大的状态机，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，会⽐反复切换上下文，或者⼤量修改渲染状态，更加合理⾼效.

OpenGL状态机

• 状态机是理论上的一种机器.这个⾮常难以理解.所以我们把这个状态机这么理解.状态机描述了一个对象在其生命周期内所经历的各种状态，状态间的转变，发生转变的动因，条件及转变中所执行的活动。或者说，状态机是一种行为，说明对象在其生命周期中响应事件所经历的状态序列以及对那些状态事件的响应。因此具有以下特点:
  • 有记忆功能，能记住其当前的状态
  • 可以接收输入，根据输入的内容和⾃己的原先状态，修改⾃己当前状态，并且可以有对应输出
  • 当进⼊特殊状态(停机状态)的时候，便不再接收输入，停止工作
• 类推到OpenGL中可以这么理解：
  • OpenGL可以记录⾃己的状态(如当前所使⽤的颜色、是否开启了混合功能等）
  • OpenGL可以接收输入(当调用OpenGL函数的时候，实际上可以看成 OpenGL在接收我们的输入)，如我们调用glColor3f，则OpenGL接收到这个输入后会修改⾃己的“当前颜⾊”这个状态
  • OpenGL可以进⼊停止状态，不再接收输入。在程序退出前，OpenGL总会先停止⼯作的

渲染Rendering

• 将图形/图像数据转换成3D空间图像操作叫做渲染

顶点数组(VertexArray)和顶点缓冲区(VertexBuffer)

• 画图一般是先画好图像的骨架，然后再往⻣架⾥面填充颜⾊，这对于 OpenGL也是一样的。顶点数据就是要画的图像的⻣架，和现实中不同的 是，OpenGL中的图像都是由图元组成。在OpenGLES中，有3种类型的图元:点、线、三⻆形。那这些顶点数据最终是存储在哪⾥的呢?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。⽽性能更⾼高的做法是，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
• 顶点指的是我们在绘制一个图形时,它的顶点位置数据.而这个数据可以直接存储在数组中或者将其缓存到GPU

管线

• 在OpenGL下渲染图形,就会有经历⼀个⼀个节点.⽽这样的操作可以理解为管线.可以想象成流⽔线.每个任务类似流水线般执⾏.任务之间有先后顺序. 管线是一个抽象的概念，之所以称之为管线是因为显卡在处理数据的时候是按照一个固定的顺序来的，而且严格按照这个顺序，这个顺序是不不能打破的

固定管线/存储着色器

• 在早期的OpenGL 版本,它封装了很多种着⾊器程序块内置的一段包含了光照、坐标变换、裁剪等诸多功能的固定shader程序来完成,帮助开发者来完成图形的渲染. 而开发者只需要传入相应的参数,就能快速完成图形的渲染. 类似于iOS开发会封装很多API,而我们只需要调用,就可以实现功能.不需要关注底层实现原理
• 但是由于OpenGL 的使用场景⾮常丰富,固定管线或存储着⾊器无法完成每一个业务.这时就可将相关部分开放成可编程的非固定管线

着⾊器程序Shader

• 为了全面的将固定渲染管线架构变为了可编程渲染管线，因此，OpenGL在 际调用绘制函数之前，还需要指定⼀个由shader编译成的着⾊器程序。常见的着⾊器主要有顶点着⾊器(VertexShader)，⽚元着⾊器 (FragmentShader)/像素着⾊器(PixelShader)，几何着⾊器 (GeometryShader)，曲⾯细分着⾊器(TessellationShader)。⽚元着⾊器和像素着⾊器只是在OpenGL和DX中的不同叫法而已。可惜的是，直到 OpenGLES 3.0，依然只⽀持了顶点着⾊器和⽚元着⾊器这两个最基础的着⾊器。
• 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)，着⾊器程序同时包含了顶点着⾊器和⽚元着⾊器的运算逻辑。在OpenGL进⾏绘制的时候，首先由顶点着⾊器对传⼊的顶点数据进⾏运算。再通过图元装配，将顶点转换为图元。然后进⾏光栅化，将图元这种⽮量图形，转换为栅格化数据。最后，将栅格化数据传入⽚元着⾊器中进⾏运算。⽚元着⾊器会对栅格化数据中的每一个像素进⾏运算，并决定像素的颜⾊

顶点着⾊器VertexShader

• ⼀般用来处理图形每个顶点变换(旋转/平移/投影等）
• 顶点着⾊器是OpenGL中⽤于计算顶点属性的程序。顶点着⾊器是逐顶点运算的程序，也就是说每个顶点数据都会执⾏一次顶点着⾊器，当然这是并行的，并且顶点着⾊器运算过程中无法访问其他顶点的数据
• ⼀般来说典型的需要计算的顶点属性主要包括顶点坐标变换、逐顶点光照运算等等。顶点坐标由自身坐标系转换到归一化坐标系的运算，就是在这里发生的

⽚元着⾊器 FragmentShader

• 一般用来处理图形中每个像素点颜⾊计算和填充
• ⽚元着⾊器是OpenGL中用于计算⽚元(像素)颜⾊的程序。⽚元着⾊器是逐像素运算的程序，也就是说每个像素都会执⾏一次⽚元着⾊器，当然也是并⾏的

GLSL(OpenGL Shading Language)

• OpenGL着色语言(OpenGL Shading Language)是用来在OpenGL中着⾊编程的语言，也即开发⼈员写的短小的自定义程序，他们是在图形卡的GPU上执行的，代替了固定的渲染管线的⼀部分，使渲染管线中不同层次具有可编程性。比如:视图转换、投影转换等。GLSL(GL Shading Language)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

• 是把顶点数据转换为片元的过程，具有将图转化为一个个栅格组成的图象的作用，特点是每个元素对应帧缓冲区中的一像素
• 光栅化就是把顶点数据转换为片元的过程。片元中的每一个元素对应于帧缓冲区中的⼀个像素

纹理

• 纹理可以理解为图片.在渲染图形时需要在其编码填充图片,为了使得场景更加逼真.而这里使⽤的图片,就是常说的纹理.但是在OpenGL,我们更加习惯叫纹理,而不是图⽚