OpenGL 图形渲染

1、OpenGL 与 着色器

在OpenGL 3.0之前，OpenGL 包含一个固定功能的管线，它可以在不使用着色器的情况下处理几何与像素数据。在3.1版本开始，固定管线从核心模式去掉。因此现在需要使用着色器来完成工作。

2、OpenGL 基础图形管线

OpenGL 中的土元不过是顶点的集合以预定义的方式结合在一起。例如：一个单独的点就是一个图元，它只需要一个顶点。

2.1 渲染管线简化版本

Snip20180222_4.png

客户机、服务器
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 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(片元着色器)。
着色器是勇士GLSL编写的程序，看起来与C语言非常类似。着色器必须从源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：处理从客户机出入的数据、应用转换、进行其他的类型的数学运算来计算光照效果、位移、颜色值等等。
渲染一个有3个顶点的三角形，顶点着色器将执行3次，每个顶点执行一次渲染。（在目前的硬件上有多个执行单元同时运行，就意味着3个顶点可以同时进行处理！）

如上图所示，顶点着色器完成工作之后，到了 primitive Assembly（图元装配） 阶段，说明三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 会输出我们在屏幕上看到的最终颜色值。

光栅化(Rasterization)：光栅化阶段把图元转换成片段集合，之后会提交给片段着色器处理，这些片段集合表示可以被绘制到屏幕的像素。
输出的时每个片段对应的屏幕坐标，和属性(颜色，纹理坐标)

注意
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中想OpenGL 着色器传递渲染数据的方法：

1. 属性
2. uniform值
3. 纹理

3、属性、uniform值、纹理

3.1 属性

属性：就是对于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、光照计算表面法线。
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，对于片元着色器没有太大意义。

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。

3.1 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。

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。

注意
uniform 变量每个批次改变一次，而不是每个顶点改变一次。

3.3纹理

在顶点着色器、片元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: 片元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， 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。

学习完知识点，就应该在代码中验证知识，下面是一个demo效果图：

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附上本篇的demo：demo下载地址