OpenGL ES渲染管线

渲染管线(graphics pipeline)
在 OpenGL ES 1.0 版本中，支持固定管线，而 OpenGL ES 2.0 版本不再支持固定管线，只支持可编程管线。什么是管线？什么又是固定管线和可编程管线？管线（pipeline）也称渲染管线，因为 OpenGL ES在渲染处理过程中会顺序执行一系列操作，这一系列相关的处理阶段就被称为OpenGL ES 渲染管线。pipeline 来源于福特汽车生产车间的流水线作业，在OpenGL ES 渲染过程中也是一样，一个操作接着一个操作进行，就如流水线作业一样，这样的实现极大地提供了渲染的效率。整个渲染管线如下图所示：

图中阴影部分的 Vertex Shader 和 Fragment Shader 是可编程管线。可编程管线就是说这个操作可以动态编程实现而不必固定写死在代码中。可动态编程实现这一功能一般都是脚本提供的，在OpenGL ES 中也一样，编写这样脚本的能力是由着色语言(Shader Language)提供的。那可编程管线有什么好处呢？方便我们动态修改渲染过程，而无需重写编译代码，当然也和很多脚本语言一样，调试起来不太方便。

再回到上图，这张图就是 OpenGL ES 的“架构图”，学习OpenGL ES 就是学习这张图中的每一个部分，在这里先粗略地介绍一下:

1.Vertex Array/Buffer objects：顶点数据来源，这时渲染管线的顶点输入，通常使用 Buffer objects效率更好。在今天的示例中，简单起见，使用的是 Vertex Array；

2.Vertex Shader：顶点着色器通过可编程的方式实现对顶点的操作，如进行坐标空间转换，计算 per-vertex color以及纹理坐标；

顶点处理所做的工作则是:
1）. 顶点变换...根据模型视图和投影矩阵变换
2）. 光照计算 法线变换(法线矩阵 是模型矩阵的左上角3*3的逆矩阵)和法线规格化
3）. 纹理坐标变换.(纹理矩阵)
4）. 材质状态 纹理坐标生成
而最重要的则是变换以及光照. 每个顶点在这个阶段分别是单独处理的.
这个阶段所接收到的数据则是每个顶点的属性特征..输出则是变换后的顶点数据.

3.Primitive Assembly：图元装配，经过着色器处理之后的顶点在图片装配阶段被装配为基本图元。OpenGL ES 支持三种基本图元：点，线和三角形，它们是可被 OpenGL ES 渲染的。接着对装配好的图元进行裁剪（clip）：保留完全在视锥体中的图元，丢弃完全不在视锥体中的图元，对一半在一半不在的图元进行裁剪；接着再对在视锥体中的图元进行剔除处理（cull）：这个过程可编码来决定是剔除正面，背面还是全部剔除。在经过裁剪和剔除之后，即进入Geometry Shader(如果存在)或者光栅化处理阶段。

4.Rasterization：

光栅化的过程就是对所有的经过Primitive Assembly图元转换成屏幕上可以显示的二维Fragment。在光栅化阶段，基本图元被转换为二维的片元(fragment)，fragment 表示可以被渲染到屏幕上的像素，它包含位置，颜色，纹理坐标等信息，这些值是由图元的顶点信息进行插值计算得到的。这些片元接着被送到片元着色器中处理。这是从顶点数据到可渲染在显示设备上的像素的质变过程。

5.Fragment Shader：片元着色器通过可编程的方式实现对片元的操作。在这一阶段它接受光栅化处理之后的fragment，color，深度值，模版值作为输入。

6.Per-Fragment Operation：在这一阶段对片元着色器输出的每一个片元进行一系列测试与处理，从而决定最终用于渲染的像素。这一系列处理过程如下：

*Pixel ownership test：该测试决定像素在 framebuffer 中的位置是不是为当前 OpenGL ES 所有。也就是说测试某个像素是否对用户可见或者被重叠窗口所阻挡；For an application-created framebuffer object, the pixel ownership test always succeeds as the framebuffer object owns all the pixels.

*Scissor Test：剪裁测试，判断像素是否在由 glScissor 定义的剪裁矩形内，不在该剪裁区域内的像素就会被剪裁掉；

*Stencil Test：模版测试，将模版缓存中的值与一个参考值进行比较，从而进行相应的处理；

*Depth Test：深度测试，比较下一个片段与帧缓冲区中的片段的深度，从而决定哪一个像素在前面，哪一个像素被遮挡；

*Blending：混合，混合是将片段的颜色和帧缓冲区中已有的颜色值进行混合，并将混合所得的新值写入帧缓冲；

*Dithering：抖动，抖动是使用有限的色彩让你看到比实际图象更多色彩的显示方式，以缓解表示颜色的值的精度不够大而导致的颜色剧变的问题。

7.Framebuffer：这是流水线的最后一个阶段，Framebuffer 中存储这可以用于渲染到屏幕或纹理中的像素值，也可以从Framebuffer 中读回像素值，但不能读取其他值（如深度值，模版值等）。