图形API介绍

    OpenGL：（Open Graphics Library）是一个跨编程语言、跨平台的编程图形程序接口，它将计算机        的资源抽象称为一个个OpenGL对象，对这些资源的操作抽象为一个个OpenGL指令。

    OpenGL ES：（OpenGL for Embedded Systems）是OpenGL三维图形API的子集，针对手机、PAD和游戏主机等嵌入式设备而设计的，去除了许多不必要的性能较低的API接口。

    DirectX： 是由很多API组成的，DirectX并不是一个单纯的图形API。最重要的是DirectX是属于Windows上一个多媒体处理框架。并不支持Windows以外的平台。所以不是跨平台框架。按照性质分类，可分为四大部分：显示部分、声音部分、输入部分和网络部分。

    Metal：是Apple为游戏开发者推出的新的平台技术，该技术能为为3D图像提高10倍的渲染性能。是Apple为了解决3D渲染而推出的框架。

OpenGL专业名词解析

状态机

状态机是理论上的一种机器。可以理解为状态机描述了一个对象在其生命周期内所经历的各种状态，状态的转变、发生状态转变的原因、条件及转变中所执行的活动。

状态机特点：有记忆功能、能记住当前状态；可接受输入（修改当前状态），并且可以有对应输出。当进入特殊状态（停机状态）的时候，不再接受输入，停止工作。

OpenGL状态机

OpenGL可以记录自己的状态（当前状态、是否开启混合等）

OpenGL可以接手输入（当调用OpenGL函数的时候，实际上可以看成OpenGL接收输入）

OpenGL进入停机状态，不再接收输入。在退出程序之前，OpenGL总是先进入停机状态。

OpenGL上下文（context）

在应用程序调用任何OpenGL的指令之前，需要安排首先创建一个OpenGL的上下文。这个上下文是一个非常庞大的状态机，保存了OpenGL中的各个状态，这也是OpenGL指令执行的基础。

OpenGL的函数不管在哪个语言中，都是类似C语言一样的面向过程的函数，本质上都是对OpenGL上下文这个状态机的某个状态进行操作。首先把当前对象设置为当前上下文。因此，可以通过OpenGL的指令封装成一个面向对象的图形API。

由于OpenGL上下文是一个巨大的状态机，切换上下文往往会产生较大的开销，但是不同的绘制模块，可能需要使用完全独立的状态管理。因此，可以在程序中分别创建多个不同的上下文，在不同的线程中 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，或者修改渲染状态，更加合理高效。

渲染：

将图像/图形数据转换成2D空间的图像显示的操作叫做渲染（Rendering）。

顶点数组（VertexArray）和顶点缓冲区（VertexBuffe）

图像一般是先画好图像的骨架，然后再往骨架里面填充颜色，这对于OpenGL也是一样的。顶点数据就是图像的骨架，和现实中不同的是。OpenGL的图像由图元组成。在OpenGL ES中有三种类型的图元：点、线、三角形。

顶点数组：顶点数据在绘制之前会存储在内存当中，被称为顶点数组。

顶点缓冲区：提前在显存中分配一块区域，把顶点数据预先存入到显存中，这部分的显存就是顶点缓冲区。

顶点数据是我们在绘制图形时，它的顶点位置数据。而这个数据可以直接存储到数组中或者将其缓存到GPU内存中。

着色器程序Shader

OpenGL在实际调用绘制函数之前，还需要指定一个由Shader编译成的着色器程序。常见着色器主要有：顶点着色器（VertexShader）、片段着色器（FragmentShader）/像素着色器（PixelShader）、几何着色器（GeometryShader）、曲面细分着色器（TessellationShader）。片段着色器和像素着色器只是在OpenGL和DX中的叫法不同而已。OpenGL ES 3.0 依然只支持顶点着色器和片段着色器。

OpenGL在处理Shader时，和其他编译器一样。通过编译、链接等步骤，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。再通过图元装配，将顶点转换为图元。然后进行光栅化，将图元这种矢量图形，转化为栅格化数据。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。

固定管线/存储着色器（固定着色器程序）

在早期的OpenGL版本，它封装了很多种着色器程序块内置的一段包含了光照、坐标转换、裁剪等功能的固定shader程序来完成。来帮助开发者来完成图形的渲染。开发者只需传入相应的参数就能快速完成图形的渲染。

由于OpenGL的使用场景非常丰富，固定管线或者存储着色器无法每一个业务。这时将相关部分开放成可编程。

顶点着色器VertexShader

一般⽤来处理图形每个顶点变换(旋转/平移/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，也就是说每个顶点数据都会执行一次顶点着色器，当然这是并行的，并且顶点着色器运算过程中无法访问其他顶点的数据。

一般来说典型的需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。

片元着色器程序FragmentShader

一般用来处理图形中每个像素点颜色计算和填充

片段着色器是OpenGL中用于计算片段颜色的程序。片段着色器是逐像素运算的程序，也就是说每个像素都会执行一次片段着色器，当然也是并行的。

GLSL（OpenGL Shading Language）

OpenGL着色语言是用来在OpenGL中着色器编程的语言，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，代替了固定管线的一部分，使渲染管线中不同层次具有可编程性（视图转换、投影转换）。GLSL（OpenGL Shading Language ）的着色器代码分成2个部分：VertexShader(顶点着色器)和FragmentShader(片元着色器)。

光栅化Rasterization

是把顶点数据转换为片元的过程，具有将图片转化为一个个栅格组成的图像的作用，特点是每个元素对应帧缓冲区中的一个像素。

渲染流程

纹理

纹理可以理解为图片。为了使场景更加逼真，使用图形渲染，就是所说的纹理。在OpenGL中我没更加习惯叫纹理，而不是图片。

混合（blending）

如果像素没有被剔除，像素的颜色将会和帧缓存去的颜色进行混合，混合的算法可以通过OpenGL的函数进行指定。但是OpenGL提供的混合算法是有限的，如果需要更加复杂的混合算法，一般可以通过像素着色器进行实现，当然性能会比原生的混合算法差一些。

变换矩阵（Transformation）

例如图形想要发生平移，缩放，旋转变换，就需要使用变换矩阵。

投影矩阵Projection

用于将3D坐标转换为二维屏幕坐标，实际线条也将在二维坐标下绘制。