OpenGL专有名词

1.上下文(context)

OpenGL上下文是一个强大的状态机,在上下文中保存了OpenGL当前的各种状态(比如当前的颜色),当我们调用OpenGL的Api时,本质上就是对OpenGL上下文这个状态机中某个状态或对象进行操作。

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,可以在应用程序中分别创建多个不同的上下文,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。

2.渲染(Rendering)

将图形/图像数据转换成2D空间图像操作叫做渲染。

3.顶点数组(VertexArray) 和 顶点缓冲区(VertexBuffer)

画图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也是⼀一样的。顶点数据就是要画的图像的骨架,和现实中不同的是,OpenGL中的图像都是由图元组成。在OpenGL ES中,有3种类型的图 元:点、线、三角形。那这些顶点数据最终是存储在哪里的呢?开发者可 以选择设定函数指针,在调⽤绘制方法的时候,直接由内存传入顶点数据,也就是说这部分数据之前是存储在内存当中的,被称为顶点数组。⽽性能更高的做法是,提前分配一块显存,将顶点数据预先传入到显存当中。这部分的显存,就被称为顶点缓冲区。

4.管线

在OpenGL下渲染图形,就会有经历一个一个节点.而这样的操作可以理解为管线.大家可以想象成流水线.每个任务类似流水线般执行.任务之间有先后顺序. 管线是一个抽象的概念,之所以称之为管线是因为显卡在处理数据的时候是按照一个固定的顺序来的,而且严格按照这个顺序。就像水从一根管⼦的一端流到另一端,这个顺序是不能打破的。

5.固定管线

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、坐标变换、裁剪等等诸多功能的固定shader程序来完成,来帮助开发者来完成图形的渲染。而开发者只需要传入相应的参数,就能快速完成图形的渲染. 类似于iOS开发会封装很多API,而我们只需要调⽤,就可以实现功能.不需要关注底层实现原理理。

但是由于OpenGL 的使用场景⾮常丰富,固定管线或存储着⾊器⽆法完成每⼀个业务.这时将相关部分开放成可编程。

6.着色器程序(shader)

在将固定渲染管线架构变为了可编程渲染管线下,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。常见的着色器主要有:

顶点着色器(VertexShader)

片段(元)着色器(FragmentShader)/像素着色器(PixelShader)

几何着色器(GeometryShader)

曲面细分着色器(TessellationShader)

可惜的是,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。

7.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。

8.片段(元)着色器(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中⽤用于计算片段(像素)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。

9.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,代替了固定的渲染管线的一部分,使渲染管线中不同层次具有可编程性。比如:视图转换、投影转换等。GLSL(GL Shading Language)的着色器代码分成2个部分: Vertex Shader(顶点着⾊器)和Fragment(⽚元着⾊器)。

10.光栅化Rasterization

光栅化是把顶点数据转换为片元的过程,具有将图转化为一个个栅格组成的图象的作用,特点是每个元素对应帧缓冲区中的一像素。

光栅化其实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作。第⼀部分工作:决定窗口坐标中的哪些整型栅格区域被基本图元占用;第二部分工作:分配一个颜⾊值和一个深度值到各个区域。

11.纹理(texture)

可以理解为图⽚。

12.混合(Blending)

在测试阶段之后,如果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。

13.变换矩阵(Transformation)

当对图形发生平移,缩放,旋转变换时就需要用到变换矩阵。

14.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进行绘制。

15.渲染上屏/交换缓冲区(SwapBuffer)

渲染缓冲区一般映射的是系统的资源比如窗口。如果将图像直接渲染到窗口对应的渲染缓冲区,则可以将图像显示到屏幕上。

但是,值得注意的是,如果每个窗口只有一个缓冲区,那么在绘制过程中屏幕进行了刷新,窗⼝可能显示出不完整的图像。

为了解决这个问题,常规的OpenGL程序至少都会有两个缓冲区。显示在屏幕上的称为屏幕缓冲区,没有显示的称为离屏缓冲区。在一个缓冲区渲染完成之后,通过将屏幕缓冲区和离屏缓冲区交换,实现图像在屏幕上的显示。

由于显示器的刷新一般是逐行进行的,因此为了防止交换缓冲区的时候屏幕上下区域的图像分属于两个不同的帧,因此交换一般会等待显示器刷新完成的信号,在显示器两次刷新的间隔中进行交换,这个信号就被称为垂直同步信号,这个技术被称为垂直同步。

使⽤了双缓冲区和垂直同步技术之后,由于总是要等待缓冲区交换之后再进行下一帧的渲染,使得帧率⽆法完全达到硬件允许的最高水平。为了解决这个问题,引入了三缓冲区技术,在等待垂直同步时,来回交替渲染两个离屏的缓冲区,而垂直同步发生时,屏幕缓冲区和最近渲染完成的离屏缓冲区交换,实现充分利用硬件性能的⽬的。

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