OpenGL上下文context

• 在应用程序调用任何OpenGL指令之前，需要安排首先创建一个context。这个context是一个非常庞大的状态机，保存了OpenGL中的各种状态
• OpenGl的函数不论在任何语言中，都是类似C语言面向过程的函数，本质上都是对OpenGL上下文状态机中某个状态或者对象进行操作，当然首先需要把这个对象设置为当前对象。
• 由于OpenGL的context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，更加高效合理

OpenGL状态机

概念：

• 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，条件及转变中执行的活动。
• 状态机是一种行为，说明对象在其生命周期中响应时间所经历的状态序列以及对那些状态事件的响应。
  特点：
• 有记忆功能，能记住当前的状态
• 可以接受输入，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，便不再接受输入，停止工作

顶点点数组（VertexArray）和 顶点缓冲区（VertexBuffer）

• 绘制时先绘制图形骨架，在进行填充，顶点数据就是要绘制的图像骨架，OpenGL中的图像都是由图元组成。
• OpenGL ES中，有三种类型的图元：点、线、三角形
• 这些图元数据存储在GPU的显存中，由GPU进行处理

管线

在OpenGL下，GPU在处理数据时是按顺序执行，不能被打破

固定管线/存储着色器

早期OpenGL封装了很多种着色器序块内置的一段包含了光照、坐标变换、剪切等诸多功能的固定shader程序来完成，来帮助开发者完成图形的渲染、而开发者只需传入相应的参数，就能快速完成图形的渲染。
但是由于时代发展与使用场景的日益丰富，固定管线或存储着色器无法完成每一个业务，所以开发了两个模块允许开发者编程

shader（OpenGL的灵魂）

OpenGL在实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）
• 片段着色器（FragmentShader）/ 片元着色器 / 像素着色器（PixelShader）
• 几何着色器（GeometryShader）
• 曲面细分着色器（TessellationShader）
  直到OpenGLES 3.0，依然只支持顶点着色器与片元着色器

OpenGL在处理shader时，先通过编译、链接等步骤生成着色器程序（glProgram），着色器程序同时包含了顶点着色器和片段着色器的运算逻辑。

OpenGL绘制操作流程：
由顶点着色器对传入的顶点数据进行运算。通过图元装配，将顶点转换为图元。最后，将栅格化数据传入片段着色器中进行运算。片段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

• 用来处理每一个顶点，每一个顶点都会执行一个顶点着色器
• 顶点着色器是逐顶点运算的程序，每个顶点数据都会执行一次顶点着色器，当然是并行的，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：坐标变换，逐顶点光照运算等等。

片元着色器FragmentShader

• 用来处理图形中每个像素颜色计算和填充
• 片段着色器是Opengl中用于计算片段（像素）颜色的程序。片段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段着色器，当然也是并行的

GLSL（OpenGL Shading Language）

类似于C语言，是用来在OpenGL中着色编程的语言

光栅化Rasterization

• 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像的作用，特点是每个元素对用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
• 光栅化是一种将几何图元变为二维图像的过程。该过程包含了两部分的工作：

1. 决定窗口坐标中的哪些整形栅格区域被基本图元占用
2. 分配一个颜色值和一个深度值到各个区域

• 把物体的数学描述以及物体相关的颜色信息转换为屏幕长用于对应位置的像素及用于填充像素的颜色，这个过程称为光栅化，是一个将模拟信号转化为离散信号的过程

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中，我们更加习惯叫纹理而不是图片

混合Blending（两个半透明视图重叠渲染时需要计算颜色）

• 在测试阶段之后，如果像素依然没有被提出，那么像素的颜色将会和帧缓冲区中颜色附着上的颜色进行混合，混合的算法可以通过OpenGL的函数进行指定，但是OpenGL提供的混合算法是有限的，如果需要更加复杂的混合算法，一般可以通过像素着色器进行实现，当然性能会比原生的混合算法差一些。

变换矩阵Transformation

图形想发生平移、缩放、旋转变化需要使用变换矩阵

投影矩阵Projection

用于将3D坐标转换为二维屏幕坐标，实际线条也将在二维坐标下进行绘制

渲染上屏 / 交换缓冲区 （SwapBuffer）

• 渲染缓冲区一般映射的是系统的资源比如窗口。如果将图像直接渲染到窗口对应的缓冲区，则可以将图像显示到屏幕上
• 如果每个窗口只有一个缓冲区，那么在绘制过程中屏幕进行了刷新，窗口可能显示出不完整的图像
• 为了解决这个问题，常规的OpenGL程序至少都会有两个缓冲区。显示在屏幕上的称之为屏幕缓冲区，没有显示的称之为离屏缓冲区。在一个缓冲区渲染完成之后，通过将屏幕缓冲区和离屛缓冲区交换，实现图像在屏幕上的显示
• 由于显示器的刷新一般是逐行进行的，因此为了防止交换缓冲区的时候屏幕上下区域的图像分属于两个不同的帧，因此交换一般会等待显示器刷新完成的信号，在显示器两次刷新的间隔中进行交换，这个信号就被称之为垂直同步信号，这个技术被称之为垂直同步
• 使用了双缓冲区和垂直同步技术之后，由于总是要等待缓冲区交换之后在进行下一帧的渲染，使得帧率无法完全达到硬件允许的最高水平。为了解决这个问题，引入了三缓冲区技术，在等待垂直同步时，来回交替渲染两个离屛的缓冲区，而垂直同步发生时，屏幕缓冲区和最近渲染完成的离屛缓冲区交换，实现充分利用硬件性能的目的