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所經(jīng)歷的各種狀態(tài)，狀態(tài)之間的轉變，發(fā)生轉變的動因、條件以及轉變中所執(zhí)行的活動。

比如：顏色、紋理坐標、源因子和目標因子、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)學和圖形數(shù)據(jù)轉換成3D空間圖像的操作叫做渲染（Rendering）。

5. 管線

在OpenGL中，3D坐標轉為2D坐標的處理過程是由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坐標轉換為2D坐標。
(2)第二部分是把2D坐標轉變?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，每個任務類似流水線般執(zhí)行。任務之間有先后順序。 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)者只需要調用API即可，不需要關心內部的實現(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?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，這時將相關部分開放成可編程。

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/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變換、逐頂點光照運算等等。頂點坐標由自身坐標系轉換到歸一化坐標系的運算，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化成像素點的過程。

我們都知道三維物體是由點線面構成的，將這些點線面轉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顏色通過某種方式混合生成特效的技術，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、旋轉變換，就需要使用變換矩陣。

12. 投影矩陣(Projection)

用于將3D坐標轉換為二維屏幕坐標，實際線條也將在二維坐標下進行繪制。

13. 2D笛卡爾坐標系

14. 3D笛卡爾坐標系

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的大小都相同，無論遠近。

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