OpenGL 渲染流程图解析

665 阅读6分钟

持续创作,加速成长!这是我参与「掘金日新计划 · 6 月更文挑战」的第4天,点击查看活动详情


  1. Swift Optional
  2. Swift Enum
  3. iOS开发 做一个三角形
  4. Swfit 指针类型
  5. Swift 属性(下)
  6. Swift 属性
  7. Swift 小结
  8. Swift 类与结构体(下)
  9. Swift 类的生命周期
  10. Swift 类的初始化器
  11. Swift 类与结构体
  12. OpenGL 压缩纹理
  13. OpenGL 隧道坐标计算
  14. 0penGL 像素格式及数据类型
  15. OpenGL 纹理对象
  16. OpenGL 纹理
  17. OpenGL 模型变化
  18. OpenGL 视图
  19. OpenGL 矩阵
  20. OpenGL 向量
  21. OpenGL 颜色混合
  22. OpenGL 深度测试的潜在风险
  23. OpenGL 浅析深度测试
  24. OpenGL 浅析隐藏面消除
  25. OpenGL 图元连接方式
  26. 记WKWebView与HTML完成交互两三事
  27. OpenGL 渲染流程图解析
  28. OpenGL 控制你的正方形
  29. OpenGL 专业名词解释
  30. OpenGL 环境搭建 - MacOS

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。

OpenGL渲染架构.001.png

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。