1. CPU 与 GPU 的区别

  • CPU(central processing unit) 中央处理器,作为计算机系统的运算和控制核心。用来处理复杂的逻辑运算、依赖性比较强的工作。
  • GPU (Graphics Processing Unit)图形处理器,是一种专门 PC 和移动设备上做图像和图形相关运算工作的微处理器。用来处理逻辑比较单一,依赖性比较低的图形图像渲染工作。

    2. iOS中用到的图形API

    图形API功能:使用GPU高效完成图形图像的渲染问题

    1. OpenGL

  • OpenGL具有跨平台、跨编程语言的特性。一般用于PC上的图形图像渲染。

  • OpenGL是一个由Khronos组织制定并维护的规范(Specification),没有提供具体的API实现。其规范严格规定了每个函数该如何执行,以及它们的输出值。具体的API实现,通常是 GPU 的开发厂商做的。

2. OpenGL ESOpenGL Embedded System

OpenGL ESOpenGL 三维图形API的子集,是用于嵌入式设备(手机、Pad、 游戏主机等)图形图像渲染的标准。

3. Metal

  • Metal 是苹果为游戏开发者推出的新的平台技术,该技术能够为3D图像提高10倍渲染性能。
  • 在2018年以前,CoreAnimation的底层使用的是OpenGL ES 。因其核心渲染框架不可能一直使用第三方的, 2018年以后,苹果弃用了OpenGL ES,开始使用自家的Metal

3. 常见专业名词

1. 状态机(State Machine)

  • 状态机可以理解成一个机器,开机可用, 停机不可用。它存储着一个对象当前的各种状态,提供了获取对象的状态及改变其状态的方法。
  • 例如在openGL中,状态机存储了当前使用的颜色、是否开启了混合状态等信息. 提供了glColor3f方法来改变颜色及其他改变状态的方法。

2. 上下文 (Context)

  • 在调用OpenGL指令前,需要先创建一个上下文,上下文可以理解成一个非常庞大的状态机,保存了OpenGL所有的状态。
  • 由于不同的绘制模块可能需要使用完全不同的状态管理,这时可以创建多个不同的上下文,在不同的线程上使用不同的上下文,上下文间共享纹理、缓冲区等资源。

3. 渲染(rendering)

渲染就是将图形图像的数据转换成2D空间的图像。

4. 顶点数组(VertexArray)及顶点缓冲区(VertexBuffer)

  • 顶点就是我们要绘制的图形的顶点,这些顶点的位置数据(x,y,z)存放在内存的数组中,这个数组叫做顶点数组。顶点数组存在于内存中。
  • 顶点缓冲区,是在显存中的一块存储区域。 顶点数组传给顶点着色器后, 顶点着色器将其处理后,存入顶点缓冲区。从CPU把数据发送到显卡相对较慢,数据存入顶点缓冲区的好处是可以一次性将大量数据发送给显卡。顶点着色器访问显存的速度是非常快的。

5. 着色器(Shader)

一、入门篇之白话解说OpenGL专业名词 - 图3

着色器可以理解为一段可以实现特定功能的由GPU执行的代码。着色器分为存储着色器和自定义着色器。

5.1 存储着色器/固定着色器

OpenGL封装好的着色器,可以用来实现光照、坐标转换、裁剪等功能。是固定的,不是可编程的。在OpenGL 3.2 之后就废弃了。推荐使用自定义着色器

5.2 自定义着色器

是基于GLSL语言编写的代码段。常见的自定义着色器主要有顶点着色器、片元着色器(也叫像素着色器、片段着色器)、几何着色器、曲面细分着色器。目前OpenGl ES 3.0仅支持顶点着色器和片元着色器

5.2.1 顶点着色器(VertexShader)

用来处理图形的每一个顶点变换。有多少个顶点,顶点着色器就会并行执行多少遍。片元着色器的计算结果存储gl_Position中。
在顶点着色器中做的事情有:确定位置、顶点坐标转换(平移、缩放、旋转)、3D图形转换为2D图形的投影换算

5.2.2 片元着色器(FragmentShader)

用来处理图形中每一个像素点的颜色计算填充。有多少个像素,片元着色器就会并行执行多少遍。片元着色器的计算结果存储在gl_FragColor中。
在片元着色器中做的事情:计算像素颜色、获取像素纹理、将颜色或者纹理填充到像素中。例如视频滤镜等。

6. 着色器程序(glProgram)

  • 着色器程序是由OpenGL对着色器进行编译、链接等操作生成的。它同时包含了顶点着色器和片元着色器。

7. 管线

管线是一个抽象概念,表示一堆原始图形数据途经一个输送管道,期间经过各种变化处理最终出现在屏幕的过程。
图形渲染管线可以被划分为两个主要部分:第一部分把你的3D坐标转换为2D坐标,第二部分是把2D坐标转变为实际的有颜色的像素。

  • 固定管线
    指的是在渲染的过程中,使用的都是存储着色器
  • 可编程管线
    指的是在渲染的过程中,使用的都是自定义着色器

8. GLSL着色语言(OpenGL Shading Language)

GLSLOpenGL中的着色编程语言,可以用来编写自定义的着色器。如顶点着色器和片元着色器。

9. 光栅化Rasterization

光栅化就是将图元转换为⼀组二维片段(像素)的过程。片元中的每个元素对应于帧缓冲区的一个像素。

10. 纹理

OpenGL中图片被称为纹理。渲染图形时,需要在每个像素点填充颜色或者纹理(图片),填充纹理会使得渲染后的场景更加逼真。

11. 混合(Blending)

  • 在片元着色器后帧缓冲区中进行的动作。在片元深度测试阶段后,如果像素依然没有被剔出,那么像素的颜色将会和帧缓冲区的颜色进行混合(可以想象是将两个颜色重叠的画面)。
  • 混合算法可以通过OpenGL的函数指定。不过OpenGL中的混合算法有限,如需要更加复杂的算法,可以通过片元着色器进行实现,当然性能会比原生的混合算法差一些。

12. 投影

正投影(平行投影):

不管远近,物体以1:1大小显示的时候,一般用来显示2D效果

一、入门篇之白话解说OpenGL专业名词 - 图4

透视投影:

物体以近大远小的规则显示,一般用来显示3D效果。

一、入门篇之白话解说OpenGL专业名词 - 图5

如果想要绘制3D效果的图形,一定要设置透视投影矩阵。且需要移动物体的z值到近平面距离到远平面距离之间。不然不会显示,会被裁剪掉。

  1. //(3)获取透视矩阵
  2. /*
  3. 参数1:矩阵
  4. 参数2:视角,度数为单位
  5. 参数3:纵横比
  6. 参数4:近平面距离
  7. 参数5:远平面距离
  8. 参考PPT
  9. */
  10. ksPerspective(&_projectionMatrix, 30.0, aspect, 5.0f, 20.0f); //透视变换,视角30°

13. 变化矩阵(MVP矩阵:模型矩阵(M)、观察矩阵(V)、投影矩阵(P)

  • 模型矩阵(Modeling Transformation),当图形想要发生平移、旋转、缩放时,需要使用到模型变换矩阵
  • 观察矩阵(Viewing transformation),观察者角度发生变化时,需要用到的观察矩阵
  • 投影矩阵(Projection Transformation), 将3D坐标转换为2维屏幕坐标时,需要使用到投影矩阵
  • 矩阵: 是四维的(x,y,z,w)w 缩放因子

14. 渲染流程

一、入门篇之白话解说OpenGL专业名词 - 图6