OpenGL（Open Graphics Library）：圖形硬件的軟件接口，將計算機的資源抽象成一個OpenGL對象。對OpenGL對象的操作就是對這些資源的整合和操作。它具有強大的跨編程語言和跨平臺的兼容性。

跨編程語言：OpenGL官方網(wǎng)頁中列出了用于Java、Fortran 90、Perl、Pike、Python、Ada和Visual Basic的多個綁定。

跨平臺：Windows、Mac OS、Linux、Unix。

OpenGL操作的是GPU芯片，關(guān)于窗口系統(tǒng)的view、window并不是OpenGL來操作，而是相對的iOS或Android系統(tǒng)來完成的。

OpenGL是一種圖形應(yīng)用程序編程接口，簡單理解就是開發(fā)圖形庫。

可以用來做：????

????視頻、圖形、圖片處理；????

????2D、3D游戲引擎開發(fā)??

? ? 科學(xué)可視化??

? ? 醫(yī)學(xué)軟件開發(fā)??

? ? CAD（計算機輔助技術(shù)）??

? ? 虛擬實境（AR、VR）??

? ? AI人工智能

OpenGL ES（OpenGL for Embedded Systems）是OpenGL的子集。針對移動終端或游戲主機等嵌入式設(shè)備而設(shè)計的，去除了很多不必要和性能較低的API接口。

現(xiàn)在主要 有兩個版本，OpenGL ES 1.x 針對固定管線硬件的，OpenGL ES 2.x 針對可編程管線硬件。OpenGL ES 1.0 是以 OpenGL 1.3 規(guī)范為基礎(chǔ)的，OpenGL ES 1.1 是以 OpenGL 1.5 規(guī)范為基礎(chǔ)的，它們分別又支持 common 和 common lite 兩種profile。lite profile只支持定點定點實數(shù)，而common profile既支持定點數(shù)又支持浮點數(shù)。 OpenGL ES 2.0 則是參照 OpenGL 2.0 規(guī)范定義的，common profile發(fā)布于2005-8，引入了對可編程管線的支持。

支持平臺、機型：?

- 支持iPad, iPhone3GS 和后續(xù)版本，以及iPodTouch3代和后續(xù)版本。

- 支持Android平臺從Android 2.2版本開始。

- 支持Android NDK從Android 2.0版本開始。

- 支持BlackBerryPlayBook黑莓。

- 支持Pandora潘多拉控制臺的3D庫。

- 被WebGL支持：瀏覽器支持OpenGL?

- 支持少數(shù)新款Nokia諾基亞手機，比如N900上的Maemo和N8上的Symbian3塞班3系統(tǒng)。??

- 支持多款三星手機，包括Galaxy S和Wave。??

- 使用開發(fā)插件可以支持Palm webOS。? ?

- 支持Archos 愛可視上網(wǎng)本：70 IT, 101 IT。

DirectX：在使基于Windows 的計算機成為運行和顯示具有豐富多媒體元素（例如全色圖形、視頻、3D 動畫和豐富音頻）的應(yīng)用程序的理想平臺。DirectX 包括安全和性能更新程序，以及許多涵蓋所有技術(shù)的新功能。應(yīng)用程序可以通過使用DirectX API 來訪問這些新功能。

DirectX是由很多API組成的，按照性質(zhì)分類，可以分為四大部分，顯示部分、聲音部分、輸入部分和網(wǎng)絡(luò)部分。

????顯示部分

顯示部分擔(dān)任圖形處理的關(guān)鍵，分為DirectDraw（DDraw）和Direct3D（D3D），前者主要負(fù)責(zé)2D圖像加速。它包括很多方面：我們播放mpg、DVD電影、看圖、玩小游戲等等都是用的DDraw，你可以把它理解成所有劃線的部分都是用的DDraw。后者則主要負(fù)責(zé)3D效果的顯示，比如CS中的場景和人物、FIFA中的人物等等，都是使用了DirectX的Direct3D。

????聲音部分：

聲音部分中最主要的API是DirectSound，除了播放聲音和處理混音之外，還加強了3d音效，并提供了錄音功能。我們前面所舉的聲卡兼容的例子，就是利用了DirectSound來解決的。

????輸入部分：

輸入部分DirectInput可以支持很多的游戲輸入設(shè)備，它能夠讓這些設(shè)備充分發(fā)揮最佳狀態(tài)和全部功能。除了鍵盤和鼠標(biāo)之外還可以連接手柄、搖桿、模擬器等。

網(wǎng)絡(luò)部分：

網(wǎng)絡(luò)部分DirectPlay主要就是為了具有網(wǎng)絡(luò)功能游戲而開發(fā)的，提供了多種連接方式，TCP/IP，IPX，Modem，串口等等，讓玩家可以用各種連網(wǎng)方式來進(jìn)行對戰(zhàn)，此外也提供網(wǎng)絡(luò)對話功能及保密措施。

Metal：在WWDC?2014 上，Apple為游戲開發(fā)者推出了新的平臺技術(shù) Metal，該技術(shù)能夠為 3D 圖像提高 10 倍的渲染性能，并支持大家熟悉的游戲引擎及公司。

? ? 相對于OpenGL而言，Metal在iOS端的圖形渲染能力上做到了極致。是一種低層次的渲染應(yīng)用程序編程接口，提供了軟件所需的最低層，保證軟件可以運行在不同的圖形芯片上。Metal 提升了 A7 與 A8 處理器效能，讓其性能完全發(fā)揮。

? ? 可以這樣理解，Metal相對于OpenGL ES來說就是swift相對于objective-C。盡管蘋果大力推崇swift，但是還是有大部分開發(fā)者喜歡使用objective-C，甚至在2018年編程語言排名中，objective-C強勢反彈回前十。Metal雖然在極致渲染方面強于OpenGL，但是兼容性能不足，市場占有率和對于開發(fā)者的學(xué)習(xí)吸引力可能弱于OpenGL。只能說未來可期吧~

Metal代表作：支持蘋果Metal技術(shù)?

《現(xiàn)代戰(zhàn)爭5》完成Metal更新，槍戰(zhàn)畫面越發(fā)精致

《狂野飆車8》更新，支持iOS8 Metal圖像引擎特性

OpenGL上下文（Context）

在應(yīng)用程序調(diào)用任何OpenGL指令之前，需要安排首先創(chuàng)建一個OpenGL的上下文。這個上下文是一個非常龐大的狀態(tài)機，保存了OpenGL中的各種狀態(tài)，這也是OpenGL指令執(zhí)行的基礎(chǔ)。每一個硬件GPU是個服務(wù)器，每一個繪制上下文對應(yīng)于申請的一個客戶端，一個客戶端維護(hù)著一套狀態(tài)機，如果兩個窗口分別對應(yīng)兩個不同的繪制上下文，則兩個窗口彼此狀態(tài)獨立。

OpenGL的函數(shù)不管在哪個語言中，都是類似C語言一樣的面向過程的函數(shù)，本質(zhì)上面都是對OpenGL上下文這個龐大的狀態(tài)機中的某個狀態(tài)或者對象進(jìn)行操作。通過對OpenGL指令的封裝，是可以將OpenGL的相關(guān)調(diào)用封裝成為一個面向?qū)ο蟮膱D形API的。

由于OpenGL上下文是一個巨大的狀態(tài)機，切換上下文往往會產(chǎn)生較大的開銷。但是不同的繪制模塊，可能需要使用完全獨立的狀態(tài)管理。因此，可以在應(yīng)用程序中分別創(chuàng)建多個不同的上下文，在不同的線程中使用不同的上下文，上下文之間共享紋理、緩沖區(qū)等資源。這樣的方案，會比反復(fù)切換上下文，或者大量修改渲染狀態(tài)，更加合理高效的。

OpenGL狀態(tài)機

狀態(tài)機理論上是一種機器，其實我們可以這樣去理解，狀態(tài)機描述了一個對象在其生命周期中所經(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。

為什么說OpenGL是狀態(tài)機？

1. OpenGL可以記錄自己的狀態(tài)（比如：當(dāng)前所使用的顏色、是否開啟了混合功能，等等，這些都是要記錄的）

2. OpenGL可以接收輸入（當(dāng)我們調(diào)用OpenGL函數(shù)的時候，實際上可以看成OpenGL在接收我們的輸入），根據(jù)輸入的內(nèi)容和自己的狀態(tài)，修改自己的狀態(tài)，并且可以得到輸出（比如我們調(diào)用glColor3f，則OpenGL接收到這個輸入后會修改自己的“當(dāng)前顏色”這個狀態(tài)；我們調(diào)用glRectf，則OpenGL會輸出一個矩形）

3. OpenGL可以進(jìn)入停止?fàn)顟B(tài)，不再接收輸入。這個可能在我們的程序中表現(xiàn)得不太明顯，不過在程序退出前，OpenGL總會先停止工作的。?

渲染（Rendering）

將圖形/圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成3D空間圖像操作叫做渲染。例如，在圖片或者視頻進(jìn)行解碼之后，形成了一大堆的二進(jìn)制文件，然后我們將這一堆的二進(jìn)制文件顯示到屏幕上面的過程就可以理解為渲染。

頂點數(shù)據(jù)(Vertex Data)

一個頂點是一個3D坐標(biāo)(也就是x、y、z數(shù)據(jù))。三個3D坐標(biāo)組成一個三角形。而頂點數(shù)據(jù)是用頂點屬性(Vertex Attributes)表示的，它可以包含任何我們希望用的數(shù)據(jù)。

頂點數(shù)組（VertexArray）

頂點是我們在繪制一個圖形的時候，頂點的位置數(shù)據(jù)，這個數(shù)據(jù)是可以直接存儲在數(shù)組中或者將其緩存在GPU內(nèi)存（棧區(qū)）中的。頂點數(shù)組就是我們在畫畫的時候，最開始畫的一個大致的骨架。在OpenGL中的圖像都是由圖元組成。在OpenGL ES中，有三種圖元：點、線、三角形。我們通過設(shè)定函數(shù)的指針，將頂點數(shù)據(jù)存儲在內(nèi)存中，然后需要繪制的時候，直接從內(nèi)存中取出來使用。這一部分的數(shù)據(jù)其實就是頂點數(shù)組。

頂點緩沖區(qū)（VertexBuffer）

我們上面說了，我們在調(diào)用繪制方法的時候，直接就由內(nèi)存?zhèn)魅腠旤c數(shù)據(jù)。還有一種更加高性能的方法，就是提前分配一快內(nèi)存，將頂點數(shù)據(jù)預(yù)先傳入到顯存當(dāng)中，這部分的顯存，就叫做頂點緩沖區(qū)。值得注意的是，這一塊空間不再內(nèi)存中，而是在顯存的一塊空間中。

管線

因為我們的GPU在處理數(shù)據(jù)的時候，是通過一個固定的順序來的，這個順序不能被打破。類似一個流水線的形式，所以被稱之為管線。

固定管線/存儲著色器

在早期的OpenGL版本，它封裝了很多著色器程序塊內(nèi)置的一段包含了光照、坐標(biāo)變換、裁剪等等諸多功能的固定shader程序來完成，來幫助開發(fā)者來完成圖形的渲染。而開發(fā)者只需要傳入相應(yīng)的參數(shù)，就能快速完成圖形的渲染，類似于iOS開發(fā)會封裝很多的API。而我們只需要調(diào)用，就可以實現(xiàn)功能，不需要關(guān)注底層實現(xiàn)原理。OpenGL的使用場景非常豐富，固定管線或存儲著色器無法完成所有業(yè)務(wù)，所以將相關(guān)部分開放成可編程狀態(tài)。

著色器程序（Shader）

將固定渲染管線架構(gòu)變成可編程渲染管線。OpenGL在實際調(diào)?繪制函數(shù)之前，還需要指定一個由shader編譯成的著色器程序。

常見的著色器主要有：????

????頂點著?器(VertexShader)????

?????段著?器 (FragmentShader)/像素著?器(PixelShader)/片元著色器/圖元著色器?

?????何著?器 (GeometryShader)?

?????曲?細(xì)分著?器(TessellationShader)

?段著?器和像素著?器只是在OpenGL和DX中的不同叫法?而已?？上У氖牵钡?OpenGLES 3.0，依然只支持了頂點著?器和片段著?器這兩個最基礎(chǔ)的著?器。

OpenGL在處理shader時，和其他編譯器一樣。通過編譯、鏈接等步驟，?成了著?器程序(glProgram)，著?器程序同時包含了頂點著?器和?段著?器的運算邏輯。

在OpenGL進(jìn)行繪制的時候，?先由頂點著?器對傳?的頂點數(shù)據(jù)進(jìn)行運算。再通過圖元裝配，將頂點轉(zhuǎn)換為圖元。然后進(jìn)行光柵化，將圖元這種矢量圖形，轉(zhuǎn)換為柵格化數(shù)據(jù)。最后，將柵格化數(shù)據(jù)傳入?段著?器中進(jìn)行運算。?段著?器會對柵格化數(shù)據(jù)中的每一個像素進(jìn)行運算，并決定像素的顏?。

頂點著色器（VertexShader）

一般用來處理圖形每個頂點變換，即：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。頂點著色器是逐個頂點運算的程序，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包括頂點坐標(biāo)變換、逐個頂點光照運算等等。頂點坐標(biāo)由自身坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到歸一化做標(biāo)記的運算，就是在這里發(fā)生的。

屬性 : 用頂點數(shù)組提供的逐頂點數(shù)據(jù)；

統(tǒng)一變量和統(tǒng)一變量緩沖區(qū) : 頂點著色器使用的不變數(shù)據(jù)；

采樣器 : 代表頂點著色器使用的紋理的特殊統(tǒng)一變量類型；

著色器程序 : 頂點著色器程序源代碼或者描述在操作頂點的可執(zhí)行文件。

片元著色器 （FragmentShader）

一般用來處理圖形中每個像素點顏色計算和填充

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

片元著色器是一個處理片元值及其相關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)的可編程單元，片元著色器可執(zhí)行紋理的訪問、顏色的匯總、霧化等操作，每片元執(zhí)行一次。片元著色器替代了紋理、顏色求和、霧以及Alpha測試，這一部分是需要開發(fā)者自己開發(fā)的。

GLSL（OpenGL Shading language)

OpenGL著色語言（OpenGL Shading language)是用來在OpenGl中著色編程的語言，類似于C語言。他們是在圖形卡的GPU（Graphic Proccessor Unit圖形處理單元）上執(zhí)行的。代替了固定的渲染管線的一部分，使渲染管線中不同層次具有可編程性。比如：視圖轉(zhuǎn)換、投影轉(zhuǎn)換等。GLSL（GL Shading Language）的著色器代碼分成2個部分：Vertex Shader（頂點著色器）和Fragment（片斷著色器），有時還會有Geometry Shader（幾何著色器）。負(fù)責(zé)運行頂點著色的是頂點著色器。它可以得到當(dāng)前OpenGL 中的狀態(tài)，GLSL內(nèi)置變量進(jìn)行傳遞。GLSL其使用C語言作為基礎(chǔ)高階著色語言，避免了使用匯編語言或硬件規(guī)格語言的復(fù)雜性。

光柵化（Rasterization）

官方翻譯成柵格化或者像素化。光柵化就是把頂點數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為片元的過程，實際繪制或填充每個定點之間的像素行程過程。片元中的每一個元素對應(yīng)于幀緩沖區(qū)中的一個像素。該過程包含了兩部分的工作。第一部分工作：決定了窗口坐標(biāo)中哪些整型格柵區(qū)域被基本圖元占用。第二部分工作：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。

把物體的數(shù)學(xué)描述以及與物體相關(guān)的顏色信息轉(zhuǎn)換為屏幕上用于對應(yīng)位置的像素及?于填充像素的顏色，這個過程稱為光柵化，這是一個將模擬信號轉(zhuǎn)化為離散信號的過程。

紋理

紋理可以理解為一個圖片，也就是位圖。?家在渲染圖形時需要在其編碼填充圖?,為了使得場景更加逼真.?這里使?的圖片,就是常說的紋理.但是在OpenGL,我們更加習(xí)慣叫紋理,?不是圖片。

OpenGL要求紋理的高度和寬度都必須是2的n次方大小，只有滿足這個條件，這個紋理圖片才是有效的。一般使用uv來表示紋理坐標(biāo)，uv是一個二維向量(u,v)，u和v的取值從0到1。我在代碼中為每個頂點數(shù)據(jù)增加了2個GLFloat來表示uv的值。

使用OpenGL函數(shù)生成紋理，除了使用GLKit生成紋理之外，還可以直接使用OpenGL生成紋理。

1、將圖片的數(shù)據(jù)以RGBA的形式導(dǎo)出；

2、使用glGenTextures生成紋理，這里生成的紋理就相當(dāng)于上面說到的self.diffuseTexture.name；

3、使用glBindTexture綁定紋理到GL_TEXTURE_2D；

4、使用glTexImage2D寫圖片數(shù)據(jù)，我們的圖片數(shù)據(jù)已經(jīng)統(tǒng)一導(dǎo)出成RGBA格式了，所以顏色格式參數(shù)使用GL_RGBA。每個顏色組件參數(shù)使用GL_UNSIGNED_BYTE，就是說R，G，B，A每個數(shù)據(jù)各占一個字節(jié)的大??；

5、使用glTexParameteri設(shè)置采樣方式和重復(fù)方式，每個方式具體的效果大家可以自行修改例子觀察一下。重復(fù)方式主要用于uv超出0到1的場景；

6、glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, 0);是為了清空GL_TEXTURE_2D綁定的數(shù)據(jù)，可以把GL_TEXTURE_2D理解為一個工作臺，你處理完了你的事情需要把工作臺清理干凈。

混合（gl_blend）

在測試階段之后，如果像素依然沒有被剔除，那么像素的顏色將會和幀緩沖區(qū)中顏色附著上的顏色進(jìn)行混合，混合的算法可以通過OpenGL的函數(shù)進(jìn)行指定。但是OpenGL提供的混合算法是有限的，如果需要更加復(fù)雜的混合算法，?般可以通過像素著?器進(jìn)行實現(xiàn)，當(dāng)然性能會比原生的混合算法差一些。

混合常用來繪制透明或半透明的物體。在混合中起關(guān)鍵作用的α值實際上是將源色和目標(biāo)色按給定比率進(jìn)行混合，以達(dá)到不同程度的透明。α值為0則完全透明，α值為1則完全不透明。混合操作只能在RGBA模式下進(jìn)行，顏色索引模式下無法指定α值。物體的繪制順序會影響到OpenGL的混合處理。

glEnable( GL_BLEND ); ? // 啟用混合

glDisable( GL_BLEND );? // 禁用關(guān)閉混合

矩陣變換(Transformation)

圖形想發(fā)生平移,縮放,旋轉(zhuǎn)變換。就需要使用變換矩陣。

Peakin 來源：CSDN 原文：https://blog.csdn.net/u014587123/article/details/80337627

模型變換：

????模型變換解決的是，把物體在世界坐標(biāo)系下的位置拆分成平移、縮放、旋轉(zhuǎn)的表達(dá)方式。?

視圖變換：

????視圖變換的作用可以理解為，指定一個照相機的位置和角度。

投影變換：

????投影變換是把前面在三維空間中的坐標(biāo)投影到二維屏幕坐標(biāo)，但是計算結(jié)果也是一個三維坐標(biāo)（嚴(yán)格來說是四維的，還有個齊次的 1），除了屏幕的橫縱坐標(biāo)之外，另一個維度就是垂直屏幕方向上的深度坐標(biāo)，就是之后可以寫入深度緩沖器的值。

視口變換：

????視口變換，這里只是一個非常簡單的 X-Y 平面上的縮放，它決定了最終渲染到屏幕上的哪一塊區(qū)域。

變換結(jié)果：

????變換后的坐標(biāo) = 視口矩陣 x 投影矩陣 x 視圖矩陣 x 模型矩陣 x 模型點坐標(biāo) 其中模型點坐標(biāo)和變換后的坐標(biāo)是 1x4 的向量，其他矩陣都是 4x4 的。 規(guī)定：OpenGL的向量為列向量，矩陣和向量采用的方式又是“矩陣X列向量”的方式，當(dāng)多個矩陣乘以向量時，應(yīng)該從右向左計算。故上式的計算順序為模型點坐標(biāo)先與模型矩陣相乘，再與視圖矩陣相乘，投影矩陣和視口矩陣，最后得到變換后的坐標(biāo)。

投影矩陣（Projection）

負(fù)責(zé)給場景增加透視；?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。

投影矩陣P：滿足P^2=P

正交矩陣矩陣P：P'=P=P^2

超定線性方程組Ax=b通常化成解PAx=Pb，其中P是全空間到A的值域Im(A)的投影，經(jīng)等價變換可得A'Ax=A'b

在線性代數(shù)和泛函分析中，投影是從向量空間映射到自身的一種線性變換，是日常生活中“平行投影”概念的形式化和一般化。同現(xiàn)實中陽光將事物投影到地面上一樣，投影變換將整個向量空間映射到它的其中一個子空間，并且在這個子空間中是恒等變換。

渲染上屏/交換緩沖區(qū)(SwapBuffer)

常規(guī)的OpenGL程序?至少都會有兩個緩沖區(qū)。顯示在屏幕上的稱為屏幕緩沖區(qū)，沒有顯示的稱為離屏緩沖區(qū)。在一個緩沖區(qū)渲染完成之后，通過將屏幕緩沖區(qū)和離屏緩沖區(qū)交換，實現(xiàn)圖像在屏幕上的顯示。

當(dāng)我們想把一個圖像渲染到窗口的時候，GPU會開辟一個渲染緩沖區(qū)。但是每一個窗口又只有一個緩沖區(qū)，那么如果在繪制的過程中屏幕進(jìn)行了刷新，窗口顯示的畫面就有可能不完整。為了解決這個問題，常規(guī)的OpenGL程序至少都會有兩個緩沖區(qū)。顯示在屏幕上的稱為屏幕緩沖區(qū)，沒有顯示的稱為離屏緩沖區(qū)，在一個緩沖區(qū)渲染完成之后，通過將屏幕緩沖區(qū)和離屏緩沖區(qū)交換，實現(xiàn)圖像在屏幕上的顯示。在iOS中經(jīng)常遇到的離屏渲染，其實就是雙緩沖區(qū)的機制引起的。