前言

在详细了解OpenGL之前，我们先来了解一下OpenGL，OpenGL ES, Metal等框架都是做什么的。
在平时编写的代码，大多数时候都是由CPU来执行，当然也有通过GPU执行的（比如Core Animation，Core Graphic等），如果我们将图形界面的渲染过程交给CPU来计算，那性能将会大打折扣，GPU的设计初衷就是用来高效的进行界面渲染相关的计算。那么我们怎么去调度GPU来为我们渲染界面呢？这就涉及到我们本章所讲解的内容。

OpenGL/OpenGL ES/Metal

• OpenGL ：图形图像的渲染处理，主要在PC端使用（Mac，Windows等）
• OpenGL ES : OpenGL ES是一个强大的图形库，是跨平台的图形API，属于OpenGL的一个简化版本。iOS系统可以利用OpenGL ES将图像数据直接送入到GPU进行渲染.
• Metal : 是苹果专门为iOS，Mac OS平台开发的一个图形渲染框架。相比于OpenGL ES，metal更加高效，但是只能用在苹果的系统上。从2018年以后，苹果已将底层 的渲染框架从OpenGL ES迁移到Metal。

图形API主要解决什么问题 ----渲染

• 系统针对按钮，视图，图片，视频等图形界面的渲染
• 游戏引擎的人物，场景的渲染
• 视频播放框架---编解码---渲染
• 视频/图片的特效渲染

上下文（Context）

保存OpenGL各种状态的状态机
是OpenGL指令执行的基础，需要在调用指令之前创建

OpenGL函数

OpenGL函数都是面向过程的函数
OpenGL函数都是对Context的某一个状态或者对象进行操作

渲染

将图形数据后，通过图形api显示到屏幕的过程

顶点数组/顶点缓冲区

• 顶点数组：用于存储图形顶点数据的数组---存放在内存中
• 顶点缓冲区 : 也是存储图形顶点数据，但是不同的是，此时的顶点数据存放在GPU显存中。通过调用OpenGL函数将内存中的数据提交给顶点缓冲区

位图

位图，亦称为点阵图或绘制图，是由称作像素（图片元素）的单个点组成的。这些点可以进行不同的排列和染色以构成图样。
比如一个：120 x 120 的图片由 14400个像素点构成，一个像素点由4个8位组成，所以此图片所占的大小是 14400 * 4 Byte
120 x 120 = 14400 -> RGBA -> 14400 x 4

管线

可以理解为流水线，该流水线有固定顺序的操作，需要按着顺序依次执行

固定管线/可编程管线

• 固定管线/存储着色器：可以理解为固定的模具，是OpenGL封装好的api
• 可编程管线： 可以通过GLSL语法来编写代码驱动管线，可以理解为模具的样式可以自定义

顶点着色器 VertextShader

• 一般用来处理图形的每个顶点变换（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

• 用来处理每个像素点的颜色计算和填充
• 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，用来编写着色程序驱动GPU完成图形的渲染，可以使用GLSL自定义着色器

光栅化

• 是将顶点数据转换为片源数据的过程
• 片元中每一个元素对应于帧缓冲区中的一个像素
• 光栅化其实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。

• 决定窗口坐标中的哪些整型栅格区域被基本图元占用;
• 分配⼀个颜⾊值和⼀个深度值到各个区域。光栅化过程产生的是⽚元

• 把物体的数学描述以及与物体相关的颜色信息转换为屏幕上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，这是⼀个将模拟信号转化为离散信号的过程

纹理

纹理可以理解为图片. ⼤家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.

混合

将两个图层叠加在一起的过程叫做混合

变换矩阵

图形发生平移、旋转、缩放时就需要使用矩阵变换

投影矩阵

将3D坐标变换成2D坐标的过程可以使用投影矩阵

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渲染缓冲区，则可以 将图像显示到屏幕上。
但是，值得注意的是，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。显示在屏幕上的称为屏幕缓冲区，没有显示的称为离屏缓冲区。在一个缓冲区渲染完成之后，通过将屏幕缓冲区和离屏缓冲区交换，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，在显示器器两次刷新的间隔中进⾏交换，这个信号就被称为垂直同步信号，这个技术被称为垂直同步
使⽤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再进行下⼀一帧的渲染，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屏的缓冲区，而垂直同步发⽣时，屏幕缓冲区和最近渲染完成的离屏缓冲区交换，实现充分利用硬件性能的⽬的。

投影方式

• 正投影 ：也叫垂直投影，不管距离远近都进行1：1绘制，显示2D效果
• 透视投影：有远近大小的效果，3D显示