OpenGL 常见专业名词

书籍推荐

红宝书：OpenGL编程指南
蓝宝书：OpenGL超级宝典

图形API简介

OpenGL PC端图形图像渲染处理
OpenGL ES 移动端/嵌入式图形图像渲染处理，OpenGL 子集
DirectX Windows 平台专有多媒体处理框架，且不单是渲染功能，包括：显示、声音、输入、网络四个部分
Metal Apple 专有渲染框架（跨平台还在计划中）

OpenGL vs OpenCV

OpenGL 渲染：显示->位图
OpenCV 识别(人脸、身份、物体等，如Face++),常用在人工智能领域

OpenGL vs Metal

2018年，Apple CoreAnimation 底层从 OpenGL 改为 Metal
OpenGL ES 优势：跨平台、使用GLSL可自定义程度高，
Metal 增加了调用 GPU 来进行运算的 API，如 GPU 并发运算、编码解码、识别等，而OpenGL ES 仅提供了调用 GPU 进行渲染的 API

Apple 渲染API架构

图形 API 用来解决业务中的渲染问题

系统针对图片、视图、图层渲染嗯仝
游戏引擎中的人物/场景渲染
视频播放框架 ijkplayer、kxmovie 的视频解码->渲染
iOS 核心动画：旋转、缩放、移动、图层特效
视频/图片增加特效
从图形 API 的角度理解离屏渲染

OpenGL 上下文

在调用 OpenGL 的指令之前，都要创建一个上下文。上下文是一个状态机，保存了 OpenGL 中的各种状态。
把对上下文状态或对象的操作进行封装，可以得到一个面向对象的图形 API
上下文是一个巨大的状态机，切换开销较大(渲染状态、资源、缓冲区等内容需要修改)，因此，可以在程序中创建多个上下文，在不同线程使用。多个上下文可以共享纹理、缓冲区等资源，不会增加很多资源开销。

OpenGL 状态机

记录 OpenGL 的各种状态。
- 可以接收参数，结合之前的各种状态，修改对应的一些状态，并可以有对应输出。
- 可以输出当前的各种状态。
- 状态机停机的时候，不在接收输入。
跟配置文件相比，后者是静态的修改对应参数，而状态机是有逻辑处理的，会结合其他的状态值修改一个或多个状态。

OpenGL 渲染[Rendering]

将图形/图像数据转换成2D空间图像的操作

顶点数组[VertexArray]和顶点缓冲区[VertexBuffer]

顶点数组：顶点数据 -> 内存中
顶点缓冲区：内存中的顶点数据 -> GPU 显存

位图(纹理)

一张 120*120 的位图 = 14400 像素
每个像素点存储 RGBA 四个值，14400 * 4 = 57600, 这就是位图的大小

下图体现了RGB图像RGB三通道，未包含Alpha通道信息

管线

即流水线，是指将指令处理过程拆分为多个步骤执行。其具体执行过程类似工厂中的流水线，并因此得名。

固定管线

固定的管线，即固定的处理步骤。
在 OpenGL 有固定着色器发挥固定管线的作用。
可编程管线

可自定义管线。
在 OpenGL 中使用 GLSL 语法来驱使 GPU，自定义处理过程。

着色器(shader)

调用 GPU 执行的代码段

固定着色器(存储着色器)
底层提供的不可修改的着色器，调用 OpenGL 操作 GPU
自定义着色器
基于 GLSL 语法进行编写的代码段(着色器)。
以下两种是可自定义的着色器。
- 顶点着色器
  用来处理顶点相关的代码
  1. 确定图形位置
  2. 缩放/平移/旋转
  3. 3D图形->2D图形 (投影换算)
- 片元着色器(像素着色器)
  片元即像素点。
  120*120 的图片有 14400 个像素点，处理一次需要进行 14400 次操作，GPU 使用并行运算，相较于 CPU 的串行运算效率高。

GLSL

自定义着色器使用的编程语言。

光栅化

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。

纹理(位图)

需要将 jpg/png 等压缩图片转为位图，交给 OpenGL 使用

混合

OpenGL 进行图层叠加像素点的颜色混合操作

变换矩阵

图形进行平移、缩放、旋转变换，使用变换矩阵，修改顶点坐标。

投影矩阵

将 3D 坐标转换为 2D 坐标，使用的计算矩阵。

坐标系

2D 笛卡尔坐标系、3D 笛卡尔坐标系

视口

坐标系对应屏幕区域

投影方式

正投影（平行投影），1:1 进行绘制，显示2D效果
透射投影远小近大，3D图形

OpenGL 中的坐标系

摄像机坐标系：观察者视角坐标系
世界坐标系：全部内容所在的坐标系
惯性坐标系：以物体作为原点，对世界坐标系进行平移的坐标系
物体坐标系：物体本身的坐标系

着色器渲染流程

顶点数据 -> 顶点着色器 -> 细分着色器 -> 几何着色器 -> 图元设置 -> 剪切 -> 光栅化 -> 片元着色器 -> 效果

开发者可以操作顶点着色器和片元着色器

一、OpenGL 名词解析