OpenGL渲染流程

管线

管线这个术语描述了opengl渲染的整个过程。openGL采用cs模型：c是cpu，s是GPU，c给s的输入是vertex信息和Texture信息，s的输出是显示器上显示的图像。下面这2个图比较清楚的讲解了opengl的渲染管线。

相信没有opengl基础的应该看不懂，下面会简单的介绍这个流程，再看下文之前，建议先看GPU大百科全书系列文章，对理解opengl工作原理绝对有帮助。

管线详解

下面这个图取自《OpenGL ES 3.0编程指南》，此流程为可编程管线。

1.VBO/VAO（顶点缓冲区对象或顶点数组对象）:

VBO/VAO 是cpu提供给GPU的顶点信息，包括了顶点的位置、颜色（只是顶点的颜色，和纹理的颜色无关）、纹理坐标（用于纹理贴图）等顶点信息。

2.VertexShader（顶点着色器）：

• 输入参数介绍:
  1.着色器程序(Shader Program，图中没有画出):由 main 申明的一段程序源码或可执行文件，描述在顶点上执行的操作：如坐标变换、计算光照公式产生每个顶点颜色、计算纹理坐标。

  2.属性(Attribute):由 vertext array 提供的顶点数据，如空间位置，法向量，纹理坐标以及顶点颜色，属性可以理解为针对每一个顶点的输入数据。属性只在顶点着色器中才有，片元着色器中没有属性。

  3.统一值（Uniforms）: Uniforms保存由应用程序传递给着色器的只读常量数据。在顶点着色器中，这些数据通常是变换矩阵，光照参数，颜色等。由 uniform 修饰符修饰的变量属于全局变量，该全局性对顶点着色器与片元着色器均可见，也就是说，这两个着色器如果被连接到同一个应用程序中，它们共享同一份 uniform 全局变量集。因此如果在这两个着色器中都声明了同名的 uniform 变量，要保证这对同名变量完全相同：同名+同类型，因为它们实际是同一个变量。

  4.采样器（Samplers）: 一种特殊的 uniform，用于呈现纹理。sampler 可用于顶点着色器和片元着色器。

• 输出参数介绍:
  1.可变变量(Varying):varying 变量用于存储顶点着色器的输出数据，也存储片元着色器的输入数据。varying 变量会在光栅化处理阶段被线性插值。顶点着色器如果声明了 varying 变量，它必须被传递到片元着色器中才能进一步传递到下一阶段，因此顶点着色器中声明的 varying 变量都应在片元着色器中重新声明为同名同类型的 varying 变量。

  1. gl_Position:在顶点着色器阶段至少应输出位置信息-即内建变量

  2. gl_FrontFacing:为back-face culling stage阶段生成的变量，无论精选是否被禁用，该变量都会生成。

  3. gl_PointSize:点大小。

负责把输入的数据进行矩阵变换位置,计算光照公式生成逐顶点颜⾊,⽣成/变换纹理坐标.并且把位置和纹理坐标这样的参数发送到片段着色器。

3.PrimitiveAssembly（图元装配）：

顶点着色器下一个阶段是图元装配，图元（prmitive）是三角形、直线或者点精灵等几何对象。这个阶段，把顶点着色器输出的顶点组合成图元。

4.rasterization（光栅化）：

光栅化是将图元转化为一组二维片段的过程，然后，这些片段由片段着色器处理（片段着色器的输入）。这些二维片段代表着可在屏幕上绘制的像素。根据顶点着色器输出的每个图元顶点的数据生成每个片段值的机制称作插值（Interpolation）。就是从cpu提供的分散的顶点信息是如何变成屏幕上密集的像素的，图元装配后顶点可以理解成变为图形，光栅化时可以根据图形的形状，插值出那个图形区域的像素（纹理坐标v_texCoord、颜色等信息）。注意，此时的像素并不是屏幕上的像素，是不带有颜色的。接下来的片段着色器完成上色的工作。

5.FragmentShader（片段着色器）：

片段着色器为片段（像素）上的操作实现了通用的可编程方法，光栅化输出的每个片段（像素）都执行一遍片段着色器，对光栅化阶段生成每个片段执行这个着色器，生成一个或多个（多重渲染）颜色值作为输出。

6.Per-Fragment Operations（逐片段操作）

在此阶段，每个片段上执行如下功能:

（1）pixelOwnershipTest（像素归属测试）：

这个用来确定帧缓冲区中位置（x，y）的像素是不是归当前上下文所有。例如，如果一个显示帧缓冲区窗口被另一个窗口所遮蔽，则窗口系统可以确定被遮蔽的像素不属于此opengl的上下文，从而不显示这些像素。

（2）ScissorTest（剪裁测试）：

如果该片段位于剪裁区域外，则被抛弃

（3）StencilTest and DepthTest（模板和深度测试）：

深度测试比较好理解，若片段着色器返回的深度小于缓冲区中的深度，则舍弃。模板测试没有用过，不清楚具体功能，猜测功能应该和名字一样，模板形状内可通过。

（4）Blending（混合）：

将新生成的片段颜色值与保存在帧缓冲区的颜色值组合起来，产生新的RGBA。

（5）dithering（抖动）：

不知道这个是神马作用？

最后把产生的片段放到帧缓冲区（前缓冲区或后缓冲区或FBO）中，若不是FBO，则屏幕绘制缓冲区中的片段，产生屏幕上的像素。