OpenGL學習（八）-- OpenGL ES 初探（上）

時間 2019-11-07

標籤 opengl 學習初探简体版

原文原文鏈接

個人 OpenGL 專題學習目錄，但願和你們一塊兒學習交流進步！編程

OpenGL學習（一）-- 術語瞭解

OpenGL學習（二）-- Xcode 搭建 OpenGL 環境

OpenGL學習（三）-- OpenGL 基礎渲染

OpenGL學習（四）-- 正面&背面剔除和深度測試

OpenGL學習（五）-- 裁剪與混合

OpenGL學習（六）-- 基礎紋理

OpenGL學習（七）-- 基礎變化綜合練習實踐總結

OpenGL學習（八）-- OpenGL ES 初探（上）

OpenGL學習（九）-- OpenGL ES 初探（下）GLKit

OpenGL學習（十）-- 着色語言 GLSL 語法介紹

OpenGL學習（十一）-- 用 GLSL 實現加載圖片

OpenGL學習（十二）-- OpenGL ES 紋理翻轉的策略對比

1、簡介

在以前，我寫了幾篇學習 OpenGL 的文章，你們有興趣的能夠去看一下，在學習了 OpenGL 的基礎上，如今再來學習一下它的簡化版本—— OpenGL ES。數組

OpenGL ES（OpenGL for Embedded Systems）是以手持和嵌⼊式設備爲⽬標的⾼級 3D 圖形應⽤程序編程接口（API）。 OpenGL ES 是目前智能手機中佔據統治地位的圖形 API。支持的平臺包括：iOS，Andriod，BlackBerry，bada，Linux 和 Windows，它仍是基於瀏覽器的 3D 圖形 Web 標準WebGL 的基礎。瀏覽器

OpenGL ES 是 OpenGL 的簡化版本，它消除了冗餘功能，提供了一個既易於學習又更易於在移動圖形硬件中實現的庫。OpenGL ES容許應⽤程序利⽤底層圖形處理器的強大功能。iOS 設備上的 GPU 能夠執行復雜的 2D 和 3D 繪圖，以及最終圖像中每一個像素的複雜着色計算。緩存

簡單的來講，OpenGL ES 和 OpenGL 學習起來大體同樣，有不少重複的知識點。整個渲染管線流程如上圖，仍是之前那一套，具體流程能夠看我以前寫過的 《OpenGL基礎渲染》。因此這篇文章就再也不贅述渲染流程，而是着重介紹 OpenGL ES 中幾個重要的步驟。可編程管線中，咱們只能操做 頂點着色器 和 片元着色器。post

2、關鍵步驟介紹

一、頂點着色器

1）頂點着色器的輸入輸出：

頂點着色器 實現了頂點操做的通用可編程方法。學習

頂點着色器 的輸入包括：測試

着色器程序 —— 描述頂點上執⾏操做的頂點着色器程序源代碼（GLSL代碼）或者可執行⽂文件。

頂點着色器輸入（或者屬性 Attributes）—— 用頂點數組提供的每一個頂點的數據。

統一變量（uniform）—— 頂點（或者片斷）着色器使用的不變數據（例如旋轉矩陣）。

採樣器 —— 表明頂點着色器使用紋理的特殊統一變量類型。

圖形表述以下圖所示：ui

2）頂點着色器的業務：

一、經過矩陣變換位置
二、計算光照公式生成逐頂點顏色
三、生成或變換紋理座標

此外，由於頂點着色器由應用程序規定，因此它能夠用於執行自定義計算，實施新的變換、照明或者較傳統的固定功能管線所不容許的基於頂點的效果。spa

3）GLSL 代碼的簡單認識：

格式：通道修飾符 類型 變量名code
attribute vec4 position;
attribute vec2 textCoordinate;
uniform mat4 rotateMatrix;
複製代碼
attribute 和 uniform 對應 通道修飾符 ，分別是 attribute 屬性通道 和 uniform 通道。

vec4、vec2 和 mat4 對應類型， vec4 表明 4 維向量， vec2 表明 2 維向量， mat4 表明 4 行 4 列的矩陣類型。

position 和 textCoordinate 對應 變量名，能夠隨便起。
varying lowp vec2 varyTextCoord;
複製代碼
varying 表明的也是一種通道， lowp 是一個精度，低精度、高精度等，能夠不寫。

這裏 position 聲明的是 頂點座標， textCoordinate 聲明的是 紋理座標。 rotateMatrix 聲明的是個 旋轉矩陣。

4）頂點着色器的代碼案例：

attribute vec4 position;
attribute vec2 textCoordinate;
uniform mat4 rotateMatrix;
varying lowp vec2 varyTextCoord;
void main()
{
// 把textCoordinate交給varyTextCoord，就能夠把紋理座標傳遞到片元着色器裏面去。
	varyTextCoord = textCoordinate;

	vec4 vPos = position;
	vPos = vPos * rotateMatrix;// 讓每個頂點都和旋轉矩陣相乘
	
	gl_Position = vPos;// gl_Position是一個內建變量，是vec4類型的，必須給它賦值。
}
複製代碼

GPU 來執行上述代碼，有幾個頂點就會執行其次，GPU 是並行的，因此會並行把全部頂點都執行了。

二、圖元裝配

頂點着色器以後，OpenGL ES 3.0 圖形管線的下一階段是 圖元裝配。

圖元（Primitive）： 是三角形、直線或者點精靈等幾何對象。

圖元裝配： 將頂點數據計算組合成一個個圖元，在這個階段會執行裁剪、透視分割和 Viewport 變換操做。在這以後將進⼊ 光柵化 階段。

三、光柵化

在此階段繪製對應的圖元（點精靈、直線或者三角形）。光柵化是將圖元轉化爲一組二維片斷的過程，而後這些片斷由片元着色器處理。這些二維片斷表明着可在屏幕上繪製的像素。

四、片元（片斷）着色器

1）片元着色器的輸入輸出：

片元/⽚段着色器 的輸入包括：

着色器程序 —— 描述⽚段上執⾏操做的片元着⾊器程序源代碼/可執行⽂件。

輸入變量—— 光柵化單元用插值爲每一個片斷生成的頂點着⾊器輸出。

統一變量（uniform）—— 頂點（或者片斷）着色器使用的不變數據。

採樣器 —— 表明⽚元着色器使⽤紋理的特殊統一變量類型。

圖形表述以下圖所示：

2）片元着色器的業務：

一、計算顏色
二、獲取紋理值
三、往像素點中填充顏色值【紋理值/顏色值】

總結： 它能夠用於圖片/視頻/圖形中每一個像素的顏色填充（好比給視頻添加濾鏡，實際上就是將視頻中每一個圖片的像素點顏色填充進行修改）。

3）片元着色器的代碼案例：

varying lowp vec2 varyTextCoord;
uniform sampler2D colorMap;
void main()
{
	// texture2D(紋理採樣器, 紋理座標); 爲了取得紋素（紋理對應座標上的顏色值），好比取到了一個rgba四維變量
	gl_FragColor = texture2D(colorMap, varyTextCoord);
}
複製代碼

頂點着色器 裏的 varying lowp vec2 varyTextCoord; 和 片元着色器 裏的 varying lowp vec2 varyTextCoord; 必須定義的如出一轍才行，包括通道、精度、類型和變量名都要一致，這樣才能從頂點着色器傳進來。 uniform sampler2D colorMap 是由 uniform 通道傳進來的紋理採樣器，經過它能夠拿到對應的紋理。

五、逐片斷操做

片元着色器以後，下一階段就是 逐片斷操做。

像素歸屬測試： 這個測試肯定幀緩存區中位置 (Xw, Yw) 的像素目前是否是歸 OpenGL ES 全部。例如，若是⼀個顯示 OpenGL ES 幀緩存區窗口的窗口被另一個窗口所遮蔽，則窗⼝系統能夠肯定被遮蔽的像素不屬於 OpenGL ES 上下文。從⽽徹底不顯示這些像素。雖然像素歸屬測試是 OpenGL ES 的⼀部分，但它不禁開發人員控制，⽽是在 OpenGL ES 內部進行。

裁剪測試： 裁剪測試肯定 (Xw, Yw) 是否位於做爲 OpenGL ES 狀態的一部分的裁剪矩形範圍內。若是該⽚段位於裁剪區域以外，則被拋棄。

深度測試： 輸⼊片斷的深度值比較，肯定⽚段是否應該被拒絕。

混合： 混合將新生成的⽚段顏⾊值與保存在幀緩衝區 (Xw, Yw) 位置的顏⾊值組合起來。

抖動： 抖動可用於最⼩化，由於使用有限精度在幀緩存區中保存顏色⽽產生的僞像。

六、EGL (Embedded Graphics Library )

OpenGL ES 命令須要 渲染上下文 和 繪製表面 才能完成圖形圖像的繪製。

渲染上下文： 存儲相關 OpenGL ES 狀態。

繪製表⾯： 是⽤於繪製圖元的表面，它指定渲染所須要的緩存區類型，例如顏色緩衝區、深度緩衝區和模板緩衝區。

OpenGL ES API 並無提供如何建立渲染上下文或者上下文如何鏈接到原⽣窗⼝系統。EGL 是 Khronos 渲染 API（如OpenGL ES）和原生窗口系統之間的接口。惟一⽀持 OpenGL ES 卻不⽀持 EGL 的平臺是 iOS。Apple 提供本身的 EGL API 的 iOS 實現，稱爲 EAGL。由於每一個窗⼝系統都有不一樣的定義，因此 EGL 提供基本的不透明類型—EGLDisplay，這個類型封裝了全部統相關性，⽤於和原⽣生窗⼝系統接口。