OpenGL 基本概念 (一)

一 基本概念

1:图形API(Application Programming Interface)

    图形应用程序接口,是一些预先定义的函数。

2:OpenGL􏰞􏰟􏰠􏰡􏱓􏰔􏰝􏰞􏰟􏰠下坐标系统解析

    1)世界坐标系

        世界坐标系是系统的绝对坐标系,在没有建立用户坐标系之前画面上所有点的坐标都是以该坐标系的原点来确定各自的位置的。图像坐标系中,在环境中选择一个参考坐标系来描述摄像机和物体的位置,该坐标系称为世界坐标系。摄像机坐标系和世界坐标系之间的关系可用旋转矩阵R与平移向量t来描述。

    2)物体坐标系

        物体坐标系与特定的物体关联,每个物体都有自己特定的坐标系。不同物体之间的坐标系相互独立,可以相同,可以不同,没有任何联系。同时,物体坐标系与物体绑定,绑定的意思就是物体发生移动或者旋转,物体坐标系发生相同的平移或者旋转,物体坐标系和物体之间运动同步,相互绑定。

举例说明一下物体坐标系:我们每个人都有自己的物体坐标系,当我们决定要往前走的时候,每个人实际前行的绝对方向都不一样,可能是向北,也可能向南,或者其他方向。这里前后左右是物体坐标系中的概念。当告诉张三往前走,就是张三同学沿着自己物体坐标系的前方运动。至于张三往前走是往东还是向北,这是张三的运动在世界坐标系下的描述。

     2)惯性坐标系

         惯性坐标系是为了简化世界坐标系到惯性坐标系的转化而产生的。惯性坐标系的原点与物体坐标系的原点重合,惯性坐标系的轴平行于世界坐标系的轴。引入了惯性坐标系之后,物体坐标系转换到惯性坐标系只需旋转,从惯性坐标系转换到世界坐标系只需平移

3:快速了解OpenGL下专业名词理解图片从文件渲染屏幕的过程   

 1)OpenGL与OpenGL ES 的区别

           OpenGL针对PC端。是Sun公司开发的一套三维图形应用程序接口库,软件开发者借助OpenGL可以实现复杂的三维图形变换。

          OpenGL ES (OpenGL for Embedded Systems)是OpenGL三维图形API的子集,针对手机PAD和游戏主机等嵌入式设备而设计。

2)DirectX windows 多媒体处理框架

3)Metal

    在 WWDC 2014 上,Apple为游戏开发者推出了新的平台技术 Metal,该技术能够为 3D 图像提高 10 倍的渲染性能,并支持大家熟悉的游戏引擎及公司。

Metal 是一种低层次的渲染应用程序编程接口,提供了软件所需的最低层,保证软件可以运行在不同的图形芯片上。Metal 提升了 A7 与 A8 处理器效能,让其性能完全发挥。

4:图形API目的是解决什么问题?

    1)音视频开发中,对于视频解码后的数据渲染

    2)地图数据渲染

    3)动画绘制

    4)加滤镜效果

    5)游戏人物场景的渲染

二 专业术语名词解释

1:OpenGL 状态机器:

    OpenGL可以记录⾃自⼰己的状态(如当前所使⽤用的颜⾊色、是否开启了了混合 功能等)

    OpenGL可以接收输⼊入(当调⽤用OpenGL函数的时候,实际上可以看成 OpenGL在接收我们的输⼊入),如我们调⽤用glColor3f,则OpenGL接收到 这个输⼊入后会修改⾃自⼰己的“当前颜⾊色”这个状态;

    OpenGL可以进⼊入停⽌止状态,不不再接收输⼊入。在程序退出前,OpenGL总 会先停⽌止⼯工作的;

2:渲染:

    将图形/图像数据转换成3D空间图像操作叫做渲染

3:顶点数组:

        存储顶点数据(顶点坐标,法向量,纹理坐标和颜色信息)在一系列数组中,存储在内存中。

4:顶点缓冲区:

        顶点缓存是一个CPU可见的和GPU可见的缓冲区,它包含了描述您想要呈现的对象(s)的几何图形的顶点数据。一般来说,顶点数据由位置(x、y、z)数据和可选的颜色、法线或其他信息组成。和其他3D api一样,这里的方法是用这个顶点数据填充缓冲区,并在绘制操作期间将其传递给GPU(提前分配的显存中)。

5:管线:

        一个一个节点。顺序不能够被打破。Pipeline,显卡执行的、从几何体到最终渲染图像的、数据传输处理计算的过程

6:固定管线/存储着色器:

        一个已经封装好的Shader程序,中间的各道工艺按固定的流程顺序走,开发者使用时,只需要传入相应参数,即可快速完成渲染,类似苹果系统中封装好的API

        当固定管线无法完成每个业务时,需要将与业务相关的部分变成可编程,用户根据需要自定义管线来完成业务

        目前OpenGL中可编程的仅有两个程序:顶点着色器、片元着色器

7:顶点着色器:

        接收顶点数据,单独处理每个顶点。有几个顶点调用几次。

8:片元着色器:

        一般⽤用来处理理图形中每个像素点颜⾊色计算和填充;片段着⾊色器器是OpenGL中⽤用于计算⽚片段(像素)颜⾊色的程序。片段着⾊器是逐像素运算的程序,也就是说每个像素都会执行⼀次片段着⾊器,当然也是并⾏的。

    最终通过gl_FragColor输出。

9:光栅化 Rasterization:

        是把顶点数据转换为片元的过程,具有将图转化为一个个栅格组成的图象 的作⽤用,特点是每个元素对应帧缓冲区中的一像素。几何图元转化为二维图像的过程,光栅化过程产生的是⽚元。

10:纹理:

        相当于图片,这里使⽤的图片,就是常说的纹理理.但是在OpenGL,我们更加习惯叫纹理,⽽不是图片.

11:混合

        在测试阶段之后,如果像素依然没有被剔除,那么像素的颜色将会和帧缓冲区中颜色附着上的颜色进⾏混合,混合的算法可以通过OpenGL的函数进行指定。但是OpenGL提供的混合算法是有限的,如果需要更加复杂的混合算法,一般可以通过像素着⾊器进⾏实现,当然性能会比原生的混合算法 差⼀些。

12:变换矩阵

        例如图形想发⽣生平移,缩放,旋转变换.就需要使用变换矩阵

13:变换矩阵(Transformation)

例例如图形想发⽣生平移,缩放,旋转变换.就需要使⽤用变换矩阵. 投影矩阵Projection


 三 相关概念问题

    1:CPU与GPU之间的通信

    cpu与gpu之间的通信

     CPU把数据从内存中复制到显存中;CPU把指令发送到GPU上;GPU从显存里读取、写入数据并进行计算;GPU把结果从显存发送回CPU。在物理连接上,前端总线连接CPU和内存;显存总线连接GPU和显存;AGP或者PCIe总线连接内存和显存。

2:渲染上屏/交换缓冲区

    GPU屏幕渲染有以下两种方式:

    On-Screen Rendering

    意为当前屏幕渲染,指的是GPU的渲染操作是在当前用于显示的屏幕缓冲区中进行。

    Off-Screen Rendering

    意为离屏渲染,指的是GPU在当前屏幕缓冲区以外新开辟一个缓冲区进行渲染操作。

参照:https://www.jianshu.com/p/6d24a4c29e18

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