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今天我们来 学习下 OpenGL 的渲染流程。OpenGL的渲染流程大致如下图所示,我们在处理任何的图形渲染都是依据这幅图,基于OpenGL封装📦的框架也都是遵循此图的规则。
下面,我们来介绍下图中的相关概念:
客户端 服务端(Client Server)
这里的客户端并不是我们认为的iOS/安卓称为客户端,后台是服务端。 上图中,管线分为上下两部分,上部分是客户端,下半部分则是服务端。
- 客户端是存储在CPU存储器中的,并且在应用程序中执行,或者在主系统内存的驱动程序中执行。驱动程序会将渲染命令和数组组合起来,发送给服务器执行!(在一台典型的个人计算机上,服务器实际上就是图形加速卡上的硬件和内存)
- 服务器和客户端 在功能上也是异步的。他们是各自独立的软件块或硬件块。我们是希望他们两个端尽量在不停的工作。客户端不断的把数据块和命令块组合在一起输送到缓冲区,然后缓冲区就会发送到服务器执行。
- 如果服务器停止工作等待客户端,或者客户端停止工作来等待服务器做好接收更多的命令和准备,我们把这种情况称为管线停滞。
着色器
上图中的 VertexShader(顶点着色器)和FragmentShader(片段着色器)
- 着色器 是使用GLSL编写的程序,看起来与C语言非常类似。着色器必须从源代码中编译和链接在一起。最终准备就绪的着色器程序。
- 顶点着色器-->处理客户端输入的数据、应用变换、进行其他的类型的数学运算来计算光照效果、位移、颜色值等等。(服务器为了渲染共有3个顶点的三角形,顶点着色器将执行3次,也就是为每个顶点执行一次)在目前的硬件上有多个执行单元同时运行,就意味着所有的3个顶点可以同时进行处理!
- 图上(primitiveAssembly 说明的是 3个顶点已经组合在一起,而三角形已经逐个片段的进行了光栅化。每个片段通过执行片元着色器进行填充。片元着色器会输出我们将屏幕上看到的最终颜色值。)
重点! 我们必须在这之前为着色器提供数据,否则什么都无法实现! 有三种向OpenGL着色器传递渲染数据的方法可供我们选择: 1、属性(attributes) 2、uniforms值 3、纹理(TextureData)
属性、uniform值、纹理、输出
属性
就是对每一个顶点都要做改变的数据原色。实际上,顶点位置本身就是一个属性。属性值可以是浮点数、整数、布尔数据。
- 属性总是以思维向量的形式进行内部存储的,即使我们不会使用所有的4个分量。一个顶点位置可能存储(x,y,z),将占有4个分量中的3个。
- 实际上如果是在平面情况下:只要在x,y平面上就能绘制,那么z分量就会自动设置为0;
- 属性还可以是:纹理坐标、颜色值、光照计算表看法线
- 在顶点程序(shader渲染)可以代表你想要的任何意义。因为都是你设定的。
- 属性会从本地客户端内存中复制存储在图形硬件中的一个缓冲区上。这些属性直提供给顶点着色器使用,对于片元着色器没有太大意义。
- 声明:这些属性对每个顶点都要做改变,并不意味着他们的值不能重复。通常情况下,他们都是不一样的,但有可能整个数组都是同一个值的情况。
Uniform值
属性是一种对整个批次属性都取统一值的单一值。他是不变的。通过设置Uniform变量就紧接着发送一个图元批次命令,Uniform变量实际上可以无次数限制地使用,设置一个应用于整个表面的单个颜色值,还可以设置一个时间值。在每次渲染某种类型的顶点动画时修改它。
- 注意:这里的Uniform变量每个批次改变一次,而不是每个顶点改变一次。
- Uniform变量最常见的应用是在顶点渲染中国呢设置变换矩阵
- 与属性相同点:可以是浮点值、整数、布尔值
- 与属性不同点:顶点着色器和片元着色器都可以使用Uniform变量。Uniform变量还可以是标量类型、矢量类型、Uniform矩阵。
纹理
传递给着色器的第三种数据类型:纹理数据
- 在顶点着色器、片段着色器中都可以对纹理数据进行采样和筛选。
- 典型对应用场景:片段着色器对一个纹理值进行采样,然后在一个三角形表面应用渲染纹理数据。
- 纹理数据,不仅仅表现在图形,很多图形文件格式都是以无符号字节(每个颜色通道8位)形式对颜色分量进行存储的。
输出
在图表中第四种数据类型是输出(out);输出数据是作为一个阶段着色器的输出定义的,而后续阶段的着色器则作为输入定义。
- 输出数据可以简单的从一个阶段传递到下一个阶段,也可以用不同的方式插入。
- 客户端的代码接触不到这些内部变量我们的OpenGL开发暂时接触不到。