OpenGL 渲染管线流程解析

原文: CC老师
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这张图对于想要掌握OpenGL的开发者非常重要.而且第一次看也许大家对于它的理解会比较薄. 希望大家能后期能够多看这个图. 因为我们在处理任何图形渲染,都是依据它. 基于OpenGL 封装的框架都是也都是遵循这个图的规则.

接下来,我们来了解2个非常重要的端.

客户端,服务端

这里的客户端和服务端并不是我们常说的iOS/安卓并称为客户端,后台称为服务端.
在这个图中,管线分为上下2部分,上部分是客户端,而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,服务器就是实际上就是图形加速卡上的硬件和内存)

  • 服务器 和 客户机在功能上也是异步的。 它们是各自独立的软件块或硬件块。我们是希望它们2个端都尽量在不停的工作。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机,或者客户机停止工作来等待服务器做好接受更多的命令和准备,我们把这种情况成为管线停滞

着色器

上图的Vertex Shader(顶点着色器) 和 Fragment Shader(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-->处理从客户机输入的数据、应用变换、进行其他的类型的数学运算来计算关照效果、位移、颜色值等等。(**为了渲染共有3个顶点的三角形,顶点着色器将执行3次,也就是为了每个顶点执行一次)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(primitive Assembly== 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3种向OpenGL 着色器传递渲染数据的方法可供我们选择
1.属性
2.uniform 值
3.纹理

属性、uniform值、纹理、输出

属性

属性:就是对每一个顶点都要作改变的数据元素。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。

  • 属性总是以四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xy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、关照计算表面法线

  • 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。

  • 属性会从本地客户机内存中复制存储在图形硬件中的一个缓冲区上。这些属性只提供给顶点着色器使用,对于片元着色器木有太大意义。

  • 声明:这些属性对每个顶点都要做改变,但并不意味着它们的值不能重复。通常情况下,它们都是不一样的,但有可能整个数组都是同一值的情况。

Uniform值

属性是一种对整个批次属性都取统一值的单一值。它是不变的。通过设置uniform变量就紧接着发送一个图元批次命令,Uniform变量实际上可以无数次限制地使用,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。
  • 典型的应用场景: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,二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。
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