1.初识图形API
OpenGL(Open Graphics Library) : 是一个跨平台编程语言,跨平台的编程图形接口,它将计算机的资源抽象成为一个OpenGL对象,对资源的操作抽象为OpenGL指令.
OpenGL ES(OpenGL for Embedded Systems) : 是OpenGL的三维图形API的子集,针对手机,PDA和游戏机等嵌入式设备设计,去除了许多不必要和性能较低的API接口.
DirectX : 是有很多API组成的, DirectX 并不是一个单纯的图形 API.最重要的是 DirectX 是属于 Windows 上的一个多媒体处理的 API.不支持 Windows 以外的平台,所以不是跨平台框架.
Metal : Apple为游戏开发者推出了了新的平台技术 Metal，该技术能够为 3D 图 像提⾼高 10 倍的渲染性能.Metal 是Apple为了了解决3D渲染⽽而推出的框架.
2.OpenGL 状态机
状态机可以理解为一台可以保存状态,并根据当前状态进行相应输出的机器.
3.OpenGL上下文(context)
在应⽤程序调⽤任何 OpenGL 的指令之前，首先需要创建⼀个 OpenGL 的上下⽂文。这个上下⽂是⼀个⾮常庞⼤的状态机，保存了了 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。通过对 OpenGL 指令的封装，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。这样的⽅方案，会⽐比反复切换上下⽂，或者⼤量修改渲染状态，更加合理高效。
4.渲染
将图形/图像数据转换成3D空间图像操作叫做渲染(Rendering)。
5.顶点数组和顶点缓冲区
顶点数据就是图像的轮廓。OpenGL中的图像都是由图元组成。在OpenGL ES中，有3种类型的图元：点、线、三⻆形。
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(VertexArray)。
⽽性能更高的做法是，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(VertexBuffer)。
6.管线
在 OpenGL 下渲染图形，就会经历⼀个⼀个的节点。而这样的操作可以理理解管线。就像一个流⽔线，任务按照先后顺序依次执行。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。
7.着色器
- 将固定渲染管线架构变为了可编程渲染管线。
- 常见的着⾊器主要有顶点着⾊器，⽚段着⾊器/像素着⾊器，几何着⾊，曲⾯细分着⾊器。
- OpenGL ES只⽀持顶点着⾊器和片段着⾊器。
- OpenGL通过编译、链接等步骤，将⽣成着⾊器程序。
- 在OpenGL进行绘制的时候，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。之后进⾏光栅化，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。
7.1 顶点着色器(VertexShader)
顶点着⾊器是OpenGL中⽤于计算顶点属性的程序。
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。
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。
- ⼀般⽤来处理理图形每个顶点变换(旋转/平移/投影等)。
- 并行计算，且运算过程中⽆法访问其他顶点的数据。
7.2 片段着⾊器(FragmentShader)
⽚段着⾊器是OpenGL中⽤于计算⽚段(像素)颜⾊的程序。一般⽤来处理图形中每个像素点颜⾊计算和填充。
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。
- 一般⽤来处理图形中每个像素点颜⾊计算和填充。
- 并行计算，且运算过程中⽆法访问其他顶点的数据。
8.GLSL(OpenGL Shading Language)
GLSL着色语⾔是⽤来在OpenGL中着⾊编程的语⾔，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(⽚断着⾊器)。
9.光栅化(Rasterization)
光栅化就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。第⼀部分工作：决定窗⼝坐标中的哪些整型栅格区域被基本图元占⽤；第⼆部分⼯作：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。
10.纹理(Texture)
纹理可以理解为图⽚。 在渲染图形时需要在顶点围成的区域中填充图⽚，使得场景更加逼真。⽽这⾥使⽤的图⽚，就是常说的纹理。只是在OpenGL，我们更加习惯叫纹理，⽽不是图⽚。
11.混合(Blending)
在测试阶段之后，如果像素依然没有被剔除，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提供的混合算法有限。如果需要更加复杂的混合算法，一般可以通过片段着⾊器进⾏实现，当然性能会⽐原⽣的混合算法差⼀些。
12.矩阵
- 变换矩阵(Transformation) : 图形想发⽣平移、缩放、旋转等变换，就需要使用变换矩阵。
- 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。
13.渲染上屏/交换缓冲区(SwapBuffer)
- 如果每个窗⼝只有⼀个缓冲区，若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。
- 垂直同步：由于显示器的刷新⼀般是逐⾏进⾏的，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，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。
- 三缓冲区技术：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再进⾏下⼀帧的渲染，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屏的缓冲区，⽽垂直同步发⽣生时，屏幕缓冲区和最近渲染完成的离屏缓冲区交换，实现充分利利⽤硬件性能的⽬的。
