[原] OpenGL ES 学习笔记 (一)opengl和opengl es的区别

摘要：

）2.OpenGL能直接绘制的是：点精灵、线、三角形，它们统称为图元，不能直接绘制四边形。

1.OpenGL ES 的坐标系在屏幕上的分布

OpenGL ES 的坐标系{x, y, z}

通过图片的三维坐标系可以知道：
- 它是一个三维坐标系 {x, y, z}
- 三维坐标中心在正方体的几何中心 {0， 0， 0}
- 整个坐标系是 [0, 1] 的点，也就是说 OpenGL 中只支持 0 ~ 1 的点（这里所讲的 0 和 1 ，最好理解成 0 --> 无限小， 1 --> 无限大，它并不是指 0 个单位的长度，或 1 个单位的长度。）

2. OpenGL 能直接绘制的是：点精灵、线、三角形，它们统称为 图元（Primitive），不能直接绘制四边形。

2.1 线元：

Line Strip , 指首尾相接的线段，第一条线和最后一条线没有连接在一起；
Line Loops, 指首尾相接的线段，第一条线和最后一条线连接在一起，即闭合的曲线；

2.2 三角形

Triangle Strip, 指条带，相互连接的三角形
Triangle Fan, 指扇面，相互连接的三角形

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　Triangle

扇面

2.3点精灵 【主要应用在纹理方面】

3. OpenGL ES 2 的渲染管线

图形管线（Graphics Pipeline）

因为这里是 iOS 端的图，所以重新绘制了一下：

OpenGL ES 2 渲染流程图

primitive assembly :图元装配

rasterization：光栅华

per-fragment operation：分段操作

4. Vertex Arrays / Buffer Objects :

4.1 Vertex Arrays Objects (简称：VAOs)，顶点数组对象，就是一个数组，包含顶点坐标、颜色值、纹理坐标等数据；通过 CPU内存关联到 GPU 的内存区被 GPU 所使用；

【官方解释：Vertex data may be sourced from arrays that are stored in application memory (via a pointer) or faster GPU memory (in a buffer object).（意指：顶点数组保存在程序内存或快速GPU内存中，前者通过数组指针访问数据，后者直接通过 Buffer Objects 访问。【就是指 VAOs 或 VBOs 方式访问】）】

例如：绘制的三角形的数组（三个顶（端）点坐标）如下图：

VFVertex的定义：

4.2Vertex Buffer Objects , (简称：VBOs [ Vertex Buffer Objects ])，缓存对象，就是持有顶点数组数据或数据下标的对象【并不是指面向对象里面的对象哦，其实一块 GPU 内存块】。

【官方解释：Buffer objects hold vertex array data or indices in high-performance server memory. （意指：VBOs 是持有保存在GPU快速内存区的顶点数据或顶点数据下标的缓存对象。）】

5.Vertex Shader （顶点着色器） :

处理顶点相关的数据，包括顶点在屏幕的位置（矩阵变换），顶点处的光照计算，纹理坐标等。

顶点着色器的信号图：

5.1 输入信号：Attributes、Uniforms、Samplers (optional)

a.Attributes : 属性的意思，指每一个顶点数据；

b. Uniforms :

b.1. 统一的意思 , 是一个只读全局常量，存储在程序的常量区；
b.2. 当 Vertex Shader 和 Fragment Shader 定义了同名同类型的 Uniform 常量时，此时的 Uniform 常量就变成了全局常量（指向同一块内存区的常量）；

c. Samplers (可选的) :是一个特殊的 Uniforms 保存的是 Texteures（纹理）数据；

5.2 输出信号： Varying

Varying :
a. 它是 Vertex Shader 与 Fragment Shader 的接口，是为了解决功能性问题（两个 Shader 的信息交互）；

b. 储存 Vertex Shader 的输出信息；

c. Vertex Shader 与 Fragment Shader 中必须要有必须要同名同类型的Varying 变量，不然会编译错误；（因为它是两个 Shader 的信息接口啊，不一样还接什么口啊。）

5.3 交互信息： Temporary Variables

Temporary Variables :
a. 指临时变量；
b. 储存 Shader 处理过程中的中间值用的；
c. 声明在 Funtions(函数) 或 Variable(变量) 内部；

5.4 输出的内建变量： gl_Position、gl_FrontFacing、gl_PointSize

a. gl_Position ** ( highp vec4 变量 ) :

就是 Vertex Position，Vertex Shader 的输出值，而且是必须要赋值的变量；只有在 Vertex Shader 中使用才会有效**；

注意：highp vec4, highp ( high precision ) 高精度的意思，是精度限定符； vec4 ( Floating Point Vector ) 浮点向量 , OpenGL ES 的数据类型。

b. gl_PointSize ( mediump float 变量 ) :

告诉 Vertex Shader 栅格化点的尺寸（pixels,像素化），想要改变绘制点的大小就是要用这个变量 只有在 Vertex Shader 中使用才会有效；

注意：mediump , mediump ( medium precision ) 中等精度的意思，是精度限定符；还有最后一个精度限制符是 lowp ( low precision )，低精度的意思。

c. gl_FrontFacing ( bool 变量 ) :
改变渲染物体的 Front Facing 和 Back Facing , 是用于处理物体光照问题的变量，双面光照（3D 物体里外光照）问题的时候才会使用的变量，只能在 Vertex Shader 中进行设置， Fragment Shader 是只读的；

6. Primitive Assembly （图元装配）：

第一步，把 Vertex Shader 处理后的顶点数据组织成 OpenGL ES 可以直接渲染的基本图元：点、线、三角形；

第二步，裁剪 ( Clipping ) ，只保留在渲染区域（视锥体，视觉区域）内的图元；

第二步，剔除 ( Culling )，可通过编程决定剔除前面、后面、还是全部；

【注意】视锥体，实际上是一个三维锥体包含的空间区域，由摄影机和物体的捕捉关系形成；

[原] OpenGL ES 学习笔记 (一)第10张

视锥体

7. Rasterization ( 光栅化 ) ：

　　　　　　　　　　　　　　　　光栅化的信号图：

作用是，将基本图元（点、线、三角形）转换成二维的片元（Fragment, 包含二维坐标、颜色值、纹理坐标等等属性）, 像素化基本图元使其可以在屏幕上进行绘制（显示）。

8. Texture Memory ( 纹理内存 ) :

Texture 就是指保存了图片（位图）的所有颜色的缓存；Texture Memory 就是图片的颜色（像素）内存；每一个嵌入式系统对 Texture Memory 的大小都是有限制的；

完整的 iOS 渲染绘制管线图中，向上指向 Vertex Shader 的虚线，意指 Texture Coordinate （纹理坐标）信息是通过程序提供给它的；
完整的 iOS 渲染绘制管线图中，指向 Fragment Shader 的实线，因为 Fragment Shader 处理的是光栅化后的数据，即像素数据，而 Texture 本身就是像素数据，所以 Texture Memory 可以直接当成 Fragment Shader 的输入；

9.Fragment Shader ( 片元着色器 ) ：

片元着色器信号图：

输入信号： Varying、Uniforms、Samples
与 Vertex Shader 的输入是同一个意思，具体请查看 Vertex Shader 处的解释~~~；
输入的内建变量：gl_FragCoord、gl_FrontFacing、gl_PointCoord

a. gl_FragCoord ( mediump vec4 只读变量 ) : 是保存窗口相对坐标的 { x, y, z, 1/w } 的变量，z 表示深度（will be used for the fragment's depth）, w 表示旋转；

b. gl_PointCoord ( mediump int 只读变量 ) : 是包含了当前片元原始点位置的二维坐标；点的范围是 [ 0, 1 ] ;

c. gl_FrontFacing ：请查看 Vertex Shader 处的解释；

输出信号（内建变量）： gl_FragColor、gl_FragData (图上没写)

a. gl_FragColor ( mediump vec4 ) : 片元的颜色值；

b. gl_FragData ( mediump vec4 ) : 是一个数组，片元颜色集；

【注意】注：两个输出信号只能同时存在一个，就是写了 gl_FragColor 就不要写 gl_FragData , 反之亦然；

10.Per-Fragment Operations ：

　　　　　　　　　　　　　　信号图：

Pixel ownership test ( 像素归属测试 ) ：
判断像素在 Framebuffer 中的位置是不是为当前 OpenGL ES Context 所有，即测试某个像素是否属于当前的 Context 或是否被展示（是否被用户可见）；
Scissor Test ( 裁剪测试 ) ：
判断像素是否在由 glScissor* 定义的裁剪区域内，不在该剪裁区域内的像素就会被丢弃掉；
Stencil Test ( 模版测试 )：
将模版缓存中的值与一个参考值进行比较，从而进行相应的处理；
Depth Test ( 深度测试 ) ：
比较下一个片段与帧缓冲区中的片段的深度，从而决定哪一个像素在前面，哪一个像素被遮挡；
Blending ( 混合 ) ：
将片段的颜色和帧缓存中已有的颜色值进行混合，并将混合所得的新值写入帧缓存（FrameBuffer）；
Dithering ( 抖动 ) ：
使用有限的色彩让你看到比实际图象更为丰富的色彩显示方式，以缓解表示颜色的值的精度不够大而导致颜色剧变的问题。

11.Render Buffer & Frame Buffer:

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　关系图：

Render Buffer ( 渲染缓存 ) :

a. 简称 RBO , Render Buffer Object；
　　　　b. 是由程序（Application）分配的 2D 图片缓存；
　　　　c. Render Buffer 可以分配和存储颜色（color）、深度（depth）、模版（stectil）值，也可以把这三种值装载到 Frame Buffer 里面；

Frame Buffer ( 帧缓存 ) :

a. 简称 FBO , Frame Buffer Object；
　　　　b. 是颜色、深度、模板缓存装载在 FBO 上所有装载点的合集；
　　　　c. 描述颜色、深度、模板的大小和类型的属性状态；
　　　　d. 描述 Texture 名称的属性状态；
　　　　e. 描述装载在 FBO 上的 Render Buffer Objects ( 渲染缓存对象 ) 的属性状态；

【注意】

FBO API 支持的操作如下：

1.只能通过 OpenGL ES 命令 ( API ) 创建 FBO 对象；

2.使用一个 EGL Context 去创建和使用多个 FBO , 即不要为每一个 FBO 对象创建一个正在渲染的上下文（rendering context）；

3.创建 off-screen 的颜色、深度、模板渲染缓存和纹理需要装载在 FBO 上；

4. 通过多个 FBO 来共享颜色、深度、模板缓存；

5. 正确地装载纹理的颜色或深度到 FBO 中，避免复制操作；

12.EAGL API :

官方的是 EGL API 与平台无关，因为它本身是可以进行平台定制的，所以 iOS 下就被 Apple 定制成了 EAGL API 。

EAGL.h : 里面的核心类是 EAGLContext , 上下文环境；

EAGLDrawable.h : 用于渲染绘制输出的 EAGLContext 分类；

CAEAGLLayer : iOS 端的渲染窗口寄宿层；

[注]

EGL API 设计出来的目的就是为了在 OpenGL ES 2 能在窗口系统（屏幕，iOS 是 CAEAGLLayer 类为寄宿层的 View）进行渲染绘制；
可以进行 EGL 渲染的前提是：

a. 可以进行显示的设备（ iOS 下当然是手机或模拟器）

b. 创建渲染面（rendering surface）, 设备的屏幕 ( on-screen ) 或像素缓存 ( pixel Buffer ) ( off-screen )

[注]pixel Buffer , 这种 buffer 是不能直接显示的，只能成为渲染面或通过其它 API 分享出去，如： pbuffers 经常被用于 Texture 的 maps , 因为 Texture 本身也是像素嘛；

3.创建渲染上下文（ rendering context ）, 即 OpenGL ES 2 Rendering Context ；