1. 什么是OpenGL

OpenGL是一個跨語言、跨平臺的編程圖形程序接口，它將計算機的資源抽象為一個個的OpenGL的對象，對這些資源的操作抽象為一個個OpenGL的指令。它的移植性高，并且速度非常快。

2. OpenGL狀態(tài)機

狀態(tài)機是一種抽象的模型，表示一組狀態(tài)變量的集合。它描述了一個對象在其生命周期內(nèi)所經(jīng)歷的各種狀態(tài)，狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)變，發(fā)生轉(zhuǎn)變的動因、條件以及轉(zhuǎn)變中所執(zhí)行的活動。

比如：顏色、紋理坐標(biāo)、源因子和目標(biāo)因子、光源的各種參數(shù)，這些都是狀態(tài)，另外還有：是否開啟了光照，是否開啟了紋理，是否開啟了混合，是否開啟了深度測試等等。OpenGL會保持這些狀態(tài)，除非我們調(diào)用函數(shù)來改變這些狀態(tài)。

3. OpenGL上下文

OpenGL上下文是一個非常抽象的概念，可以理解為一個包含了所有OpenGL狀態(tài)的對象。在我們調(diào)用任何OpenGL指令前，都需要先創(chuàng)建一個上下文，這個上下文記錄了OpenGL渲染所需要的所有信息以及狀態(tài)，所以上下文也是一個龐大的狀態(tài)機。

4. 渲染

所謂的渲染，就是將數(shù)學(xué)和圖形數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成3D空間圖像的操作叫做渲染（Rendering）。

5. 管線

在OpenGL中，3D坐標(biāo)轉(zhuǎn)為2D坐標(biāo)的處理過程是由OpenGL的圖形渲染管線（Graphics Pipeline，大多譯為管線，實際上指的是一堆原始圖形數(shù)據(jù)途經(jīng)一個輸送管道，期間經(jīng)過各種變化處理最終出現(xiàn)在屏幕的過程）管理的。

圖形渲染管線可以被劃分為兩個主要部分：
(1)第一部分把你的3D坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為2D坐標(biāo)。
(2)第二部分是把2D坐標(biāo)轉(zhuǎn)變?yōu)閷嶋H的有顏色的像素。

在OpenGL 下渲染圖形，就會經(jīng)歷一個一個節(jié)點，而這樣的操作可以理解為管線。大家可以想象成流水線，每個任務(wù)類似流水線般執(zhí)行。任務(wù)之間有先后順序。 管線是一個抽象的概念，之所以稱之為管線是因為顯卡在處理數(shù)據(jù)的時候是按照一個固定的順序來的，而且嚴(yán)格按照這個順序，這個順序就是渲染流程，而管線指的是這個過程。

6. 固定管線/存儲著色器

OpenGL自身為開發(fā)者封裝了很多著色器(shader)程序，開發(fā)者只需要調(diào)用API即可，不需要關(guān)心內(nèi)部的實現(xiàn)過程，而這些封裝好的程序（函數(shù)或方法）即為固定管線。

在固定管線下，使用固定存儲著色器，固定存儲著?器由GLTools的C++類GLShaderManager管理，它們能夠滿?進(jìn)?基本渲染的基本要求。

但是由于OpenGL 的使用場景非常豐富，固定管線或存儲著色器無法完成每一個業(yè)務(wù)，這時將相關(guān)部分開放成可編程。

7. 著色器程序(Shader)

顧名思義，著色器程序就是一個程序代碼，在OpenGL調(diào)用繪制函數(shù)之前，需要制定一個著色器，在固定管線下，這個著色器已經(jīng)是封裝好的了，在可編程的情況下，則需要程序員自己編寫著色器程序。

常見的著色器有：

• 頂點著色器 (VertexShader)

• 片元著色器(FragmentShader)/像素著色器 (PixelShader)

• 幾何著色器

• 曲面細(xì)分著色器

在 OpenGL ES 3.0后，可編程依然只支持了頂點著色器和片段著色器這兩個最基礎(chǔ)的著色器。

7.1 頂點著色器(VertexShader)

頂點著色器是一組指令代碼，這組指令代碼在頂點被渲染時執(zhí)行，一般用來處理圖形每個頂點變換(旋轉(zhuǎn)/平移/投影等)。

頂點著色器是OpenGL中用于計算頂點屬性的程序。頂點著色器是逐頂點運算的程序，也就是說每個頂點數(shù)據(jù)都會執(zhí)行一次頂點著色器，當(dāng)然這是并行的，并且頂點著色器運算過程中無法訪問其他頂點的數(shù)據(jù)。

一般來說典型的需要計算的頂點屬性主要包括頂點坐標(biāo)變換、逐頂點光照運算等等。頂點坐標(biāo)由自身坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到歸一化坐標(biāo)系的運算，就是在這里發(fā)生的。

7.2 片元著色器(FragmentShader)

一般用來處理圖形中每個像素點顏色的計算和填充。

片段著色器是OpenGL中用于計算片段（像素）顏色的程序。片段著色器是逐像素運算的程序，也就是說每個像素都會執(zhí)行一次片段著色器，這個過程也是并行的。

7.3 著色器渲染過程

8. 光柵化(Rasterrization)

又名柵格化或者像素化，其實就是把矢量圖轉(zhuǎn)化成像素點的過程。

我們都知道三維物體是由點線面構(gòu)成的，將這些點線面轉(zhuǎn)化成屏幕上的像素點，這個過程就是光柵化。

該過程包括了兩部分工作：

• 決定窗口坐標(biāo)中哪些整型柵格區(qū)域被基本圖元占用；

• 分配一個顏色值和一個深度值到各個區(qū)域。

光柵化過程產(chǎn)生的是片元。

9. 紋理(texture)

在OpenGL中，我們所說的紋理可以理解成是一張圖片，在渲染圖形的時候，需要將圖片貼在其表面，使其看起來更逼真。

10. 混合(Blending)

混合就是將源色和目標(biāo)顏色通過某種方式混合生成特效的技術(shù)，通俗一點就是將兩種顏色通過某種算法生成特殊的效果。混合通常用來繪制透明或者半透明的物體。

11. 變換矩陣(Transformation)

如果圖形想發(fā)生平移、縮放、旋轉(zhuǎn)變換，就需要使用變換矩陣。

12. 投影矩陣(Projection)

用于將3D坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為二維屏幕坐標(biāo)，實際線條也將在二維坐標(biāo)下進(jìn)行繪制。

13. 2D笛卡爾坐標(biāo)系

14. 3D笛卡爾坐標(biāo)系

15. 視口

16. 投影方式

在OpenGL中，主要有兩種投影方式，第一種是正投影或叫平行投影，第二種是透視投影。

在使用正投影的時候，需要準(zhǔn)備一個正方形或者長方形的視景體（屏幕）。視景體之外的任何物體都不會被繪制，而是所有實際物體的大小和視景體內(nèi)的大小都相同，無論遠(yuǎn)近。

在使用透視投影的時候，遠(yuǎn)處的物體看上去會比近處的物體小一些，符合近大遠(yuǎn)小的原理。越靠近視景體，投影越接近物體尺寸，反之，越遠(yuǎn)，則越小于物體本身的尺寸。