OpenGL入门第一课--名称解释

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       不少0基础的人在看OpenGL相关的书籍的时候都会以为云里雾里，很难，这是由于OpenGL中有不少使人费解的专业术语，因此想要入门OpenGL理解这些专业术语是颇有必要的。下面咱们一块儿来理解一下这些烦人的家伙.

一、OpenGL状态机

状态机是一种理论上的机器，它具备一下特色：

• 1）：有记忆功能能记住当前的状态；
• 2）：能够接收输入，可以根据这些输入和当前的状态，修改当前的状态，而且能够有相应的输出；
• 3）：当进入特殊状态（停机状态）的时候中止工做，不接收任何输入了。

怎么样，是否是很懵逼，很难理解。你们能够把它想象成一个相似手机或者电脑的机器，好比电脑有本身的磁盘，内存等存储了安装的全部应用程序和其余文件，这些就是电脑当前的状态；电脑有鼠标键盘等能够输入各类信息，并可以根据输入修改存储在电脑上的文件 以及安装的程序等等，还能够经过显示屏输出相应的信息；当电脑关机后就不能接收任何输入了。怎么样是否是和恰好知足状态机的全部特色，全部为了帮助理解你们彻底能够把状态机理解为一台和电脑很类似的机器。

类推到OpenGL中，对应OpenGL状态机咱们能够这么理解：

• OpenGL能够记住当前的状态。好比：当前所使用的颜色，是否开启了混合功能，是否开启了深度测试等功能。（有点像电脑所使用的桌面，是否开启了某个应用程序等等）
• OpenGL能够接收输入。好比：当调用OpenGL函数的时候，实际上能够当作是OpenGL在接收咱们的输入（当调用glColor3f的时候，OpenGL接收到这个输入就会修改本身“当前颜色”这个状态）
• OpenGL能够进入中止状态，中止接收任何输入。好比在程序退出前OpenGL总会先中止工做的

OpenGL状态机保持自身的状态，除非用户输入一条命令让它改变状态

二、OpenGL上下文（context）

       在应用程序调用任何OpenGL的指令以前，须要首先建立一个OpenGL的上下文。这个上下文是一个很是庞大的状态机，它保存了OpenGL中的各类状态，这也是OpenGL指令执行的基础 

        OpenGL的函数不管在哪一个语言中，都是相似C语言同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做，固然你得首先把这个对象设置为当前对象。所以，经过对 OpenGL指令的封装，是能够将OpenGL的相关调用封装成为一个⾯向对象的图形API的 

     因为OpenGL上下文是一个巨大的状态机，切换上下⽂每每会产生较大的开销，可是不同的绘制模块，可能须要使用彻底独立的状态管理。所以，能够在应用程序中分别建立多个不同的上下文，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。这样的⽅案，会比反复切换 上下文，或者大量修改渲染状态，更加合理高效 

三、顶点数组（VertexArray）和顶点缓冲区（VertexBuffer）

      顶点指的是图形的顶点位置数据（在3D笛卡尔坐标中即x,y,z坐标）这些数据能够直接存到内存数组中，这个数组就叫作顶点数组。为提供性能也能够提早分配一块显存，将这些顶点数据提早存到显存当中，这一块显存就叫作顶点缓冲区。

四、管线

     在OpenGL下渲染图形,就会经历一个个节点.而这样的操做能够理解为管线.你们能够想象成流水线.每一个任务相似流水线般执行.任务之间有前后顺序. 管线是一个抽象的概念，之因此称之为管线是由于显卡在处理理数据的时候是按照 一个固定的顺序来的，并且严格按照这个顺序。就像水从一根管子的一端流到另外一端，这个顺序是不能打破的 。

五、固定管线/存储着色器

     先说一下什么是着色器，简单的理解着色器就能够理解为一个具备特定功能的函数，包含了光照、坐标变换，裁剪等等功能。

     早期的OpenGL版本封装了不少这样的着色器来帮助开发者完成图形渲染，而开发者只须要传入相应的参数,就能快速完成图形的渲染. 相似于iOS开发会封装不少API,而咱们只须要调用,就能够实现功能.不须要关注底层实现原理。这些被封装好的，不能被修改的固定的着色器或者说固定的函数 就是固定管线也称为存储着色器。

     可是因为OpenGL的使用场景很是丰富,固定管线或存储着色器没法完成每个业务.这时将相关部分开放成可编程的，便可编程着色器。由此就全⾯将固定渲染管线架构变为了可编程渲染管线。所以，OpenGL在实际调用绘制函数以前，还须要指定一个由shader编译成的着色器器程序。常见的着色器主要有顶点着色器(VertexShader)，片断着色器 (FragmentShader)/像素着色器(PixelShader)，⼏何着色器 (GeometryShader)，曲面细分着色器(TessellationShader)。片断着色器和像素着色器只是在OpenGL和DX中的不一样叫法而已。惋惜的是，直到 OpenGLES 3.0，依然只支持了顶点着色器和⽚段着色器这两个最基础的着色器。 

      OpenGL在处理Shader时，和其余编译器同样。经过编译、连接等步骤，生成了着⾊器程序(glProgram)，着⾊器程序同时包含了顶点着⾊器和⽚段着⾊器的运算逻辑。在OpenGL进行绘制的时候，⾸先由顶点着⾊器对传⼊的顶点数据进行运算。再经过图元装配，将顶点转换为图元。而后进行光栅化，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。

六、顶点着色器（VertexShader）

     顶点着色器通常用来处理图形每一个顶点的变换（平移、旋转、投影等）

     顶点着⾊器是OpenGL中⽤于计算顶点属性的程序。顶点着色器是逐顶点运算的程序，也就是说每一个顶点数据都会执行⼀次顶点着⾊器，固然这是并行的，而且顶点着⾊器运算过程当中⽆没法访问其余顶点的数据 

     通常来讲典型的须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。 

七、片元着色器（FragmentShader）

     片元着色器通常⽤来处理图形中每一个像素点颜⾊计算和填充 。片元着色器又叫片断着色器，在DX中又叫像素着色器，因此这三个概念其实是等价的。

     片断着⾊器是OpenGL中⽤于计算⽚段(像素)颜色的程序。片断着⾊器是逐像素运算的程序，也就是说每一个像素都会执行⼀次片断着⾊器，固然也是并行的 。

八、GLSL(OpenGL Shading language)

      OpenGL着⾊语言(OpenGL Shading Language)是⽤来在OpenGL中着⾊编程的语言，也即开发⼈员写的短小的⾃定义程序，他们是在图形卡的GPU (Graphic Processor Unit图形处理单元)上执行的，代替了固定渲染管线的一部分，使渲染管线中不一样层次具备可编程性。⽐如:视图转换、投影转换等。GLSL(GL Shading Language)的着⾊器代码分红2个部分: Vertex Shader(顶点着⾊器)和Fragment(⽚断着色器) 

九、光栅化（Rasterization）

      光栅化是把顶点数据转换为片元的过程，具备将图转化为⼀个个栅格组成的图象的做用，特色是片元中的每一个元素对应帧缓冲区中的一像素 。

     光栅化实际上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做。第一部分工做:决定窗⼝坐标中的哪些整型栅格区域被基本图元占用;第二部分工做:分配一个颜色值和⼀一个深度值到各个区域。光栅化过程产⽣的是片元 。

     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 。

十、纹理

     纹理能够理解为图片. 你们在渲染图形时须要在其编码填充图片,为了使得场景更加逼真.而这里使用的图片,就是常说的纹理.可是在OpenGL中,咱们更加习惯叫纹理,⽽不是图片. 

十一、混合（Blending）

     在测试阶段以后，若是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，混合的算法能够经过OpenGL的函数进行指定。可是OpenGL提供的混合算法是有限的，若是须要更加复杂的混合算法，通常能够经过像素着色器进行实现，固然性能会⽐比原⽣的混合算法差一些.