OpenGL
在开始 OpenGL ES 的学习之前，我们先来简单了解下它的由来。
计算机由 CPU、GPU、内存、总线等构成，全球有很多计算机制造商，导致市面上的计算机硬件架构各种各样，当然他们都有各自的优势，存在即合理。这些硬件会通过驱动运行并协作，使用驱动的人则是软件工程师，但总不能为不同硬件设置不同的驱动吧，所以为了统一，驱动都设置了标准接口，OpenGL 就是 GPU 驱动 的一套标准接口，OpenGL ES 为嵌入式设备 GPU 驱动（如手机）的标准接口，OpenGL ES 全称：OpenGL for Embedded Systems。
OpenGL API 规模庞大且复杂，OpenGL ES 的目标是创建适合于受限设备的 API，为了实现这一目标，工作组从 OpenGL API 中删除了冗余，比如一个操作实现可以用多种方法，那么就留下最实用的方法，删除其他操作。
OpenGL 是可跨平台使用的 API，移动端使用 OpenGL ES 作为图形 API，苹果在 2014 年推出了 Metal 作为图形 API，但它们的一些专业名词、渲染过程等都是一样的。
图形API用处
可以简单的理解为实现了图形的底层渲染，比如
- 1、游戏开发：游戏的场景、人物的渲染，这些都是由引擎去做的。
- 2、音视频开发：视频解码后变成了二进制数据，利用OpenGL将这些数据渲染到屏幕。
- 3、地图开发：地图引擎对地图数据的渲染
- 4、动画开发：实现动画的绘制
- 5、视频处理：视频滤镜开发
其实OpenGL、OpenGL ES、Metal的本质都是利用GPU芯片来实现高效的渲染图像，我们可以利用这些API操控GPU去完成我们想做的事。
OpenGL 专业名词解析
1、OpenGL上下文（context）
- 在OpenGL每次执行指令前都需要创建一个上下文context，这个context是一个庞大的状态机，状态机保存了OpenGL中的各种状态，OpenGL执行指令的基础。
- OpenGL的函数本质上是操作状态机的某个状态或对象，它是面向过程的，我们通过对OpenGL的指令进行封装来达到面向对象的效果。
- OpenGL切换上下文需要很大的开销，有时不同的绘制模块需要完全独立的状态管理，所以一般会创建不同的上下文，在不同的线程上使用不同的上下文。上下文之间共享纹理、缓冲区等资源。
2、状态机
- OpenGL是基于状态机模式的，可以理解为一种理论上的机器，它有以下特点
1、记忆功能：例如当前颜色是一个状态变量，若把当前颜色设置成白色或红色，之后绘制的物体将一直使用白色或红色，直到把当前颜色设置成别的颜色。
2、接收输入：根据接收的内容和自己的状态，修改自己的状态，例如将当前颜色修改成黄色。
3、当它进入某个特殊的状态时（如停机状态），它不再接收输入，停止工作，在程序退出前，OpenGL总会先停止工作。
3、渲染
将图形或图像数据转换成3D空间图像的操作叫做渲染。
4、顶点数组和顶点缓冲区
1、顶点数组：把一些顶点数据放在顶点数组中。顶点数据即图元，OpenGL中的图像都是由图元组成，有三种图元（点、线、三角形），每次绘制时，调用相应的绘制函数，从内存中取出顶点数据传入函数。
2、顶点缓冲区：为了性能，我们通常会先分配一块显存，把顶点数据预存储到显存中，这样GPU在渲染时直接从显存读取，速度要快很多。
5、管线
在OpenGL下渲染图形是按步骤执行的，这些步骤的顺序不能改变，我们把这个顺序称为渲染流程，流程称为管线。
6、固定管线/存储着色器
早期OpenGL封装了很多着色器程序块，这些程序块内部包含了光照、坐标变换、裁剪等功能，这些功能是由shader程序完成的，使得开发变得简单很多，但后期OpenGL使用的场景变多，固定管线或存储着色器无法满足复杂需求了，OpenGL便开放了两个模块可编程（这两个模块是渲染顺序中的其他两个步骤）。
7、着色器程序Shader
着色器是渲染3D图形的利器，由于固定管线自身提供的3D渲染功能有限，我们需要使用shader着色器来实现那些丰富且复杂的3D图形效果。
常见的着色器主要有
- 顶点着色器（VertexShader）
- 片元着色器（FragmentShader）/片段着色器/像素着色器（PixelShader）
- 几何着色器（GeometryShader）
- 曲面细分着色器（TesellationShader）
目前 OpenGL ES 3.0 只支持顶点着色器和片元着色器可编程。
OpenGL在处理着色器时，和其他编译器一样，需要经过编译、链接等步骤，如果我们要自定义着色器，就需要经过这些步骤，着色器程序同时包含了顶点着色器和片元着色器的运算逻辑。
OpenGL绘制过程如下：
- 顶点着色器对传入的数据进行运算
- 装配图元，将顶点数据转换为图元
- 光栅化，将图元转换成栅格化数据
- 将光栅化的数据传入片元着色器，片元着色器会一个个像素去计算，最终决定像素的颜色
综上，着色器的作用就是操作GPU做计算的。
7.1、顶点着色器（vertexShader）
顶点着色器是处理顶点数据的旋转、平移、投影等操作的，每个顶点数据都会经过一次顶点着色器处理，这个处理的操作是并行的，在顶点着色器处理顶点数据过程中，无法访问其他顶点数据。
通俗点讲，顶点数据是基于自身坐标系，我们可以看懂的三维坐标系，但想渲染到屏幕上需要转换成二维的归一化坐标系，顶点着色器就是干这个的。
7.2、片元着色器（FragmentShader）
片元着色器是处理像素点颜色的计算和填充，一个图像有成千上万个像素点，每个像素点都会经过一次片元着色器的处理，这个操作也是并行的，显然CPU做不到这么庞大的计算（CPU更擅长判断、调度），这个过程是在GPU上执行的。
8、GLSL（OpenGL Shading Lauguage）
这个语言和C语言类似，GLSL的着色器代码分为顶点着色器和片元着色器2部分，它是在GPU上执行的，使得渲染管线不同层次具有了可编程性。
9、光栅化
图形在经过顶点着色器转化成归一化的二维坐标系，经过光栅化处理后，转换为片元，而片元对应帧缓冲区中的像素点，这个过程会分配一个颜色值和一个深度值到各个区域，光栅化的过程即将一个几何图元变成二维图形
10、纹理
纹理可以简单的理解为图片，一个png或jpg图片要渲染到屏幕上，需要先由CPU解码成纹理，才能交付给GPU渲染到屏幕。
11、混合（blender）
有时像素点没有完全剔除，或两个颜色叠加，会出现混合的情况，OpenGL有提供具有混合算法的函数，但混合算法有限，如果需要复杂的混合算法，可以通过片元着色器实现，但性能略差于OpenGL的混合算法函数。
12、矩阵
- 变换矩阵：图像的旋转、平移、缩放等操作都需要使用矩阵变换。
- 投影矩阵：将3D坐标转换成2D屏幕坐标。
13、渲染上屏/帧缓冲（SwapBuffer）
要了解渲染上屏和帧缓冲，我们首先要了解屏幕上的图像是怎么显示的。
显示器的刷新是逐行进行的，渲染完一行接着渲染第二行，在整屏渲染完后会发送一个垂直信号，如下图所示。
显示器通过视频控制器指向的帧缓冲区读取数据打印到屏幕，帧缓冲区一般有两个以上，视频控制器指向的是屏幕缓冲区，未指向的是离屏缓冲区。
GPU经过顶点着色器······片元着色器渲染，将数据存入离屏缓冲区，等待下一次垂直信号时，交换两个帧缓冲区，然后 GPU 接着渲染下一帧画面，存入当前的离屏缓冲区。
上面描述的就是渲染上屏和交换缓冲区的概念，请参照下图理解。
14、2D坐标系、3D坐标系
2D坐标系就是X轴、Y轴，3D坐标系就是多了一个Z轴。
15、视口
视口是在窗口中用来显示图形的一块区域，它可以和窗口等大，也可以比窗口小，只有绘制在视口区域的图形才能显示，一般都是让视口和窗口等大，视口通过glViewPort()函数去设置。
16、正投影、透视投影
正投影：像照镜子一样，物体在镜子上是等大的，不会因为远近而放大缩小。一般平面图形会用正投影。
透视投影：和眼睛看到的效果一样，比如近处的人比远处的山高，一般立体图形会用透视投影
17、坐标系
规范化坐标系区间是[-1,1]。
17.1 摄像机坐标系
指从某个角度看向物体，起点为原点，上下为y轴，左右为x轴，上后为z轴
17.2 世界坐标系
世界坐标系是系统的绝对坐标系，在没有建立起用户坐标系以前，每个物体的坐标点都可以根据世界坐标系的原点确定位置。
17.3 物体坐标系
每个物体都有自己的坐标系，是相对于自己而言的。
17.4 惯性坐标系
惯性坐标系和物体坐标系的原点重合，但惯性坐标系的轴平行于世界坐标系，惯性坐标系到世界坐标系只需要平移，到物体坐标系只需要旋转。
17.5 总结
物体坐标到屏幕坐标需要经过下列步骤
物体坐标（模型变换）-> 世界坐标（视变换）-> 摄像机坐标（投影变换）-> 裁剪坐标（透视除法）-> 规范化坐标（视口变换）-> 屏幕坐标
OpenGL中，只定义了裁剪坐标系、规范化坐标系和屏幕坐标系，其他的坐标系都是为方便用户设计而自定义的坐标系。
模型变换、视变换、投影变换可以根据用户需求自行处理，在顶点着色器中完成
透视除法、视口变换是OpenGL自动完成的，在顶点着色器处理后的阶段完成。
18、着色器渲染流程
总结
以上就是学习 OpenGL 所要具备的基础知识，不必完全弄明白，后面跟着 Demo 遇到不明白的术语来这里看一下，慢慢就熟悉了。
