圖形渲染管線(xiàn)

圖形渲染管線(xiàn)（Graphics Pipeline）指的是完成將3D場(chǎng)景轉(zhuǎn)化為最終在屏幕上顯示的2D圖像的過(guò)程。圖形渲染管線(xiàn)分為兩個(gè)主要階段：幾何渲染階段和光柵化階段。

幾何渲染階段

幾何數(shù)據(jù)輸入：3D場(chǎng)景中的模型、相機(jī)、燈光等數(shù)據(jù)被輸入到渲染管線(xiàn)中。

頂點(diǎn)著色器（Vertex Shader）：對(duì)輸入的3D模型的頂點(diǎn)進(jìn)行變換、投影和裁剪等操作，將其轉(zhuǎn)換到屏幕空間。

圖元裝配（Primitive Assembly）：將頂點(diǎn)組裝成基本的圖元，如點(diǎn)、線(xiàn)段或三角形。

幾何著色器（Geometry Shader，可選）：在一些現(xiàn)代的圖形渲染管線(xiàn)中，可以使用幾何著色器進(jìn)一步處理圖元，如生成新的幾何圖元或?qū)ΜF(xiàn)有圖元進(jìn)行變換。

面剔除（Face Culling，可選）：根據(jù)需要，可以剔除不可見(jiàn)的面，以提高渲染性能。

光柵化階段

光柵化（Rasterization）：將圖元轉(zhuǎn)換為屏幕上對(duì)應(yīng)的像素點(diǎn)，并生成片元（Fragment）。

片元處理（Pixel Processing）：對(duì)每個(gè)片元進(jìn)行插值、紋理采樣、光照計(jì)算等處理。

片段著色器（Fragment Shader）：對(duì)每個(gè)像素執(zhí)行著色操作，確定最終像素的顏色和特性。

深度測(cè)試（Depth Testing）：根據(jù)深度值來(lái)確定像素是否可見(jiàn)，遮擋面會(huì)被丟棄。

幀緩沖輸出：最終渲染結(jié)果會(huì)輸出到幀緩沖（Frame Buffer），并在屏幕上顯示。

著色器

著色器（Shader）是一種特殊程序，用于描述在圖形渲染管線(xiàn)的不同階段對(duì)圖形數(shù)據(jù)的處理和著色過(guò)程。著色器主要用于在GPU（圖形處理單元）上執(zhí)行高度并行的圖形計(jì)算，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)3D場(chǎng)景中的幾何對(duì)象和圖像的渲染、著色和效果處理。著色器主要分為頂點(diǎn)著色器、幾何著色器、片段著色器（也叫像素著色器）三個(gè)類(lèi)型。在OpenGL中，著色器是用OpenGL著色器語(yǔ)言(OpenGL Shading Language,?GLSL)寫(xiě)成的。

在OpenGL中，我們必須定義至少一個(gè)頂點(diǎn)著色器和一個(gè)片段著色器（因?yàn)镚PU中沒(méi)有默認(rèn)的頂點(diǎn)/片段著色器）。

頂點(diǎn)

OpenGL中，一個(gè)頂點(diǎn)（Vertex）是一個(gè)3D坐標(biāo)的數(shù)據(jù)的集合。頂點(diǎn)屬性（Vertex Attribute）是指一組用于描述頂點(diǎn)的各個(gè)特征屬性的數(shù)據(jù)，每個(gè)頂點(diǎn)可以具有多個(gè)屬性，例如位置、顏色、法線(xiàn)方向、紋理坐標(biāo)等。一系列頂點(diǎn)的集合稱(chēng)為頂點(diǎn)數(shù)據(jù)（Vertex Data），它是由頂點(diǎn)屬性表示的。通常，頂點(diǎn)屬性/數(shù)據(jù)會(huì)以數(shù)組的形式傳遞給OpenGL，并且每個(gè)數(shù)組元素對(duì)應(yīng)一個(gè)頂點(diǎn)的所有屬性值。在渲染過(guò)程中，OpenGL會(huì)按頂點(diǎn)的順序來(lái)使用這些屬性，從而構(gòu)建出圖形模型。

由于OpenGL是一個(gè)3D圖形庫(kù)，所以在OpenGL中我們指定的所有坐標(biāo)都是3D坐標(biāo)（x、y和z），并且僅當(dāng)x、y、z都在-1.0到1.0的范圍內(nèi)時(shí)才處理它。所有在這個(gè)范圍內(nèi)的坐標(biāo)叫做標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)備坐標(biāo)(Normalized Device Coordinates)，此范圍內(nèi)的坐標(biāo)最終顯示在屏幕上（在這個(gè)范圍以外的坐標(biāo)則不會(huì)顯示）。

假設(shè)我們需要渲染一個(gè)三角形，我們一共要指定三個(gè)頂點(diǎn)，并把它們放在一個(gè)數(shù)組中。

定義這樣的頂點(diǎn)數(shù)據(jù)以后，我們會(huì)把它發(fā)送給頂點(diǎn)著色器。它會(huì)在GPU上創(chuàng)建內(nèi)存用于儲(chǔ)存這些頂點(diǎn)數(shù)據(jù)。我們通過(guò)頂點(diǎn)緩沖對(duì)象（Vertex Buffer Objects, VBO）管理這塊內(nèi)存。而VBO需要調(diào)用函數(shù)glGenBuffers()來(lái)生成。glGenBuffers的作用是在顯存中分配一塊緩沖區(qū)，并返回一個(gè)唯一的標(biāo)識(shí)符。這個(gè)標(biāo)識(shí)符在OpenGL上下文中是唯一的，當(dāng)不再使用它時(shí)，應(yīng)調(diào)用函數(shù)glDeleteBuffers()釋放相應(yīng)的資源。

調(diào)用glGenBuffers：

OpenGL中有很多用于綁定緩沖數(shù)據(jù)的緩沖對(duì)象類(lèi)型，其中用于綁定頂點(diǎn)數(shù)據(jù)的是GL_ARRAY_BUFFER。OpenGL允許同時(shí)綁定多個(gè)緩沖，只要它們是不同的緩沖類(lèi)型。綁定緩沖使用函數(shù)glBindBuffer()。

我們可以把剛剛創(chuàng)建的VBO綁定到對(duì)應(yīng)的類(lèi)型上：

調(diào)用glBindBuffer后，在對(duì)應(yīng)目標(biāo)（GL_ARRAY_BUFFER）上的所有操作都將影響到當(dāng)前綁定的緩沖對(duì)象（VBO）。

注意：OpenGL是一個(gè)狀態(tài)機(jī)，因此一旦將緩沖對(duì)象綁定到目標(biāo)上，除非顯式綁定其他緩沖對(duì)象或者解綁，該緩沖對(duì)象會(huì)一直保持綁定狀態(tài)，即使在不同的繪制調(diào)用中也有效。

接下來(lái)我們調(diào)用函數(shù)glBufferData()，用來(lái)把用戶(hù)定義的數(shù)據(jù)復(fù)制到當(dāng)前綁定緩沖。

它的第一個(gè)參數(shù)是緩沖對(duì)象類(lèi)型，第二個(gè)指定傳輸數(shù)據(jù)的大小(以字節(jié)為單位)，第三個(gè)是實(shí)際發(fā)送的數(shù)據(jù)，第四個(gè)指定緩沖區(qū)的使用方式，例如GL_STATIC_DRAW表示緩沖區(qū)將被寫(xiě)入一次，但要被繪制多次。

我們把之前創(chuàng)建的頂點(diǎn)數(shù)據(jù)傳入到緩沖中：

至此我們已經(jīng)把頂點(diǎn)數(shù)據(jù)儲(chǔ)存在了顯存中。