OpenGL ES初探

Gray皓白
255 阅读6分钟

OpenGL ES简介

OpenGL ES (OpenGL for Embedded Systems) 是以⼿持和嵌入式为目标的高级3D图形应⽤程序编程接口(API)。OpenGL ES是⽬前智能⼿机中占据统治地位的图形API。支持的平台：iOS、Andriod、BlackBerry 、bada、Linux和Windows。

OpenGL ES 苹果文档

OpenGL ES 开放式图形库(OpenGL的)⽤于可视化的二维和三维数据。它是⼀个多功能开放标准图形库，⽀支持2D和3D数字内容创建，机械和建筑设计，虚拟原型设计，飞行模拟，视频游戏等应⽤程序。您可以使⽤用OpenGL配置3D图形管道并向其提交数据。顶点被变换和点亮，组合成图元，并光栅化以创建2D图像。OpenGL旨在将函数调用转换为可以发送到底层图形硬件的图形命令。由于此底层硬件专⽤于处理图形命令，因此OpenGL绘图通常⾮非常快。

OpenGL for Embedded Systems(OpenGL ES)是OpenGL的简化版本，它消除了了冗余功能，提供了一个既易于学习⼜更易于在移动图形硬件中实现的库。

OpenGL ES 3.0图形管线

OpenGL ES图形管线.png 注意：其中纹理并不能直接传递给片元着色器，所以是用虚线标注，纹理需放在attribute中先传给顶点着色器，再作为输出传给片元着色器。

顶点着色器

输入

  1. 着色器程序——描述顶点上执行操作的顶点着色器程序源代码/可执行文件
  2. 顶点着色器输入（属性）——用顶点数组提供每个顶点的数据
  3. 统一变量（uniform）——顶点/片元着色器使用的不变数据
  4. 采样器——代表顶点着色器使用纹理的特殊统一变量类型

顶点着色器.png

顶点着色业务

  1. 矩阵变换位置
  2. 计算光照公式生成逐顶点颜色
  3. 生成/变换纹理坐标

总结：它可以用于执行自定义计算，实施新的变换，照明或者传统的固定功能所不允许的基于顶点的效果。

顶点着色代码案例

attribute vec4 position;
attribute vec2 textCoordinate;
uniform mat4 rotateMatirx;
varying lowp vec2 varyTextCoord;
void main() {
	varyTextCoord = textCoordinate;
	vec4 vPos = position;
	vPos = vPos * rotateMatrix;
	gl_Position = vPos;
}

图元装配

  • 顶点着色器之后，下一个阶段就是图元装配。
  • 图元（Primitive）：点、线、三角形等。
  • 图元装配：将顶点数据计算成一个个图元。在这个阶段会执行裁剪、透视分割和ViewPort变换操作。
  • 图元类型和顶点所确定将被渲染的单独图元。对于每个单独图元及其对应的顶点，图元装配阶段执行的操作包括：将顶点着色器的输出值执行裁剪、透视分割、视口变换后进入光栅化阶段。

光栅化

  • 在这个阶段绘制对应的图元（点/线/三角形）
  • 光栅化就是将图元转化成一组二维片段的过程，而这些转化的片段将由片元着色器处理，这些二维片段就是屏幕上可绘制的像素

image.png

片元着色器

输入

  1. 着色器程序——描述片段上执行操作的顶点着色器程序源代码/可执行文件
  2. 输入变量——光栅化单元用插值为每个片段生成的顶点着色器输出
  3. 统一变量（uniform）——顶点/片元着色器使用的不变数据
  4. 采样器——代表片元着色器使用纹理的特殊统一变量类型

image.png

片元着色器业务

  1. 计算颜色
  2. 获取纹理值
  3. 往像素点中填充颜色值 总结：它可以用于图片/视频/图形中每个像素的颜色填充（比如给视频添加滤镜，实际上就是将视频中每个图片的像素点颜色填充进行修改）

片元着色代码案例

varying lowp vec2 varyTextCoord;
uniform sampler2D colorMap;
void main() {
	gl_FragColor = texture2D(colorMap, varyTextCoord);
}

逐片段操作

image.png

  • 像素归属测试：确定帧缓存区中位置(Xw,Yw)的像素⽬前是不是归属于OpenGL ES所有，例如，如果⼀个显示OpenGL ES帧缓存区View被另外⼀个View所遮蔽，则窗口系统可以确定被遮蔽的像素不属于OpenGL ES上下文，从⽽不全显示这些像素，⽽像素归属测试是OpenGL ES 的⼀部分，它不由开发者来人为控制，⽽是由OpenGL ES内部进行。
  • 裁剪测试：裁剪测试确定(Xw,Yw)是否位于作为OpenGL ES状态的一部分裁剪矩形范围内，如果该⽚段位于裁剪区域之外，则被抛弃。
  • 深度测试：输⼊⽚段的深度值进一步⽐较，确定⽚段是否拒绝测试。
  • 混合：混合将新生成的片段颜色与保存在帧缓存的位置的颜⾊值组合起来。
  • 抖动：抖动可用于最小化因为使用有限精度在帧缓冲区中保存颜色值而产生的伪像。

EGL(Embedded Graphics Library)

  • OpenGL ES命令需要渲染上下文和绘制表面才能完成图形图像的绘制。
  • 渲染上下文：存储相关OpenGL ES状态。
  • 绘制表面：是⽤于绘制图元的表面，它指定渲染所需要的缓存区类型，例如颜色缓存区，深度缓冲区和模板缓存区。
  • OpenGL ES API 并没有提供如何创建渲染上下⽂或者上下⽂如何连接到原⽣窗口系统。EGL是Khronos 渲染API(如OpenGL ES) 和原生窗口系统之间的接口，唯⼀⽀持 OpenGL ES 却不⽀持EGL的平台是iOS。Apple提供自⼰的EGL API的iOS实现，称为EAGL。
  • 因为每个窗⼝系统都有不同的定义，所以EGL提供基本的不透明类型—EGLDisplay，这个类型封装了所有系统相关性，⽤于和原⽣窗⼝系统接口。

EGL的主要功能如下：

  1. 和本地窗口系统（native windowing system）通讯
  2. 查询可用的配置
  3. 创建OpenGL ES可用的绘图表面(drawing surface)
  4. 同步不同类别的API之间的渲染，比如在OpenGL ES和OpenVG之间同步，或者在OpenGL和本地窗口的绘图命令之间
  5. 管理“渲染资源”，比如纹理映射（rendering map）

由于OpenGL ES是基于C的API，因此它⾮常便携且受到⼴泛⽀持。作为C API，它与Objective-C Cocoa Touch应⽤用程序⽆无缝集成。OpenGL ES规范没有定义窗口层; 相反，托管操作系统必须提供函数来创建⼀一个接受命令的OpenGL ES 渲染上下⽂和⼀个帧缓冲区，其中写入任何绘图命令的结果。在iOS上使用OpenGL ES需要使用iOS类来设置和呈现绘图表面，并使⽤平台中立的API来呈现其内容。

avatar
文章
阅读
粉丝