OpenGL 学习教程
Android OpenGL ES 学习(一) – 基本概念
Android OpenGL ES 学习(二) – 图形渲染管线和GLSL
Android OpenGL ES 学习(三) – 绘制平面图形
Android OpenGL ES 学习(四) – 正交投屏
Android OpenGL ES 学习(五) – 渐变色
Android OpenGL ES 学习(六) – 使用 VBO、VAO 和 EBO/IBO 优化程序
Android OpenGL ES 学习(七) – 纹理
代码工程地址： https://github.com/LillteZheng/OpenGLDemo.git

上一章，我们学习了 OpenGL 的基本知识，这一章，一起学习OpenGL的渲染模式和渲染语言GLSL。
很多人跟我一样，学习 OpenGL 的时候，最痛苦的就是，着色器是怎么传递给 OpenGL 的？为啥要这样写，虽然照着 demo 写了，但是不知道为啥这样写。
因此，理解 OpenGL 的渲染管线，是非常重要的事情，因此，这一章，可以重点看，也需要你自行搜索资料一起看，毕竟我只是基于我的理解。

一. 图形渲染管线

在 OpenGL 中，任何食物都是在 3D 空间中的，而屏幕和窗口却是 2D 像素数组，而 3D 坐标转为 2D 的处理过程，则由 GL 的图形渲染管线(Graphics Pipeline ) 负责，实际上指的是一堆原始图形数据经过各种处理，最终出现在屏幕的过程。图形渲染管道有两个主要部分：

把 3D 坐标转换成 2D 坐标
把 2D 坐标转变成实际的有颜色的像素。

从 3D 坐标到转成 2D 有色的 2D 数据，管线会划分几个阶段，每个阶段都会把前一段的输出作为输入，这些阶段都是一些特定的函数，他们能在 GPU 上各自运行，从而快速处理你的数据，这些特定函数也叫着色器。

1.1. 渲染流程

刚才说道，从数据再到屏幕的有色像素，是由一个个着色器程序完成的，而 GL 中，有些是系统配置好的，而有些则可以由开发者去配置，从而实现高度配置化。如下图，蓝色部分是可以自己配置的：
在这里插入图片描述
从这里看出，OpenGL 需要使用顶点着色器，先绘制好轮廓，再通过图元装配，将顶点转换成图元，然后通过光栅化，将图片这种矢量图形，转成为栅格化数据，最后，使用片段着色器，将光栅化的数据，每一个像素进行运算，并绘制上对应的颜色，然后再展示到屏幕中。而我们可以配置的是：

顶点着色器
几何着色器 (可选，后面再学习这个)
片段着色器
现在是不是解惑了，为啥一般只需要写顶点着色器和片段着色器了。
所以我们开发的重点，需要重点关注，顶点着色器，片段着色器，将数据传递到着色器上这三个重点就可以了。

1.2. 基本概念

顶点：一个顶点(Vertex)是一个3D坐标的数据的集合，它包含坐标，颜色等数据；其中坐标在 GL 是3个分量的，但是为什么有 vec4 4个分量呢？是因为它为了进行缩放，平移等图形变换，这里等学习图形变换再细讲。
顶点着色器：对顶点数据进行一系列操作的程序。
图元片段： OpenGL ES 只有三种图元，点、线，三角形，它会把顶点数据数据计算成一个个图元，在这个阶段会进行裁减，透视分割和其他变换操作。
几何着色器：几何着色器把图元形式的一系列顶点的集合作为输入，它可以通过产生新顶点构造出新的（或是其它的）图元来生成其他形状，比如点，线，三角形。
光栅化：把图元映射为最终屏幕上相应的像素，生成供片段着色器(Fragment Shader)使用的片段(Fragment)
- 片段着色器：主要目的是计算一个像素的最终颜色。
测试和混合：检测片段的对应的深度（和模板(Stencil)）值（后面会讲），用它们来判断这个像素是其它物体的前面还是后面，决定是否应该丢弃。

二. 坐标

与 Android 左边西不同，GL 的其实位置是在屏幕的中心，以(0,0)为中心店，x 坐标从做到有，y 从下到上，在 [-1,1] 之前取值，再映射到屏幕，而超出 [-1,1] 之外的，不会在屏幕上显示。如下图：

在这里插入图片描述

四. GLSL 语言

GLSL （OpenGL Shading Language）是着色器程序的编程语言，该程序会在 GPU 上执行，使得渲染管线具有可编程性。这里，你可以先简单浏览，等在编写 GLSL 的语言的时候，再来看一下。

4.1 GLSL 特有语法

GLSL 与 C 语言而非常相似，有基本的类型、函数、结构体，但没有指针；当然也有自己的一些特殊类型。

4.1.1 基本类型

在计算机图形中，向量和矩阵是变换的基础，这两种数据类型也是 GLSL 的核心，它的基本类型如下：

浮点向量：vec2 ，vec3 ，vec4
整数向量：ivec2 ，ivec3 ，ivec4
无符号整型向量：uvec2 ，uvec3 ，uvec4
boolean向量：bvec2 ，bvec3 ，bvec4
浮点矩阵：mat2,mat3,mat4,mat2x3…
二维纹理句柄：sampler2D

4.1.2 修饰符

2.0 版本

const：（只读）常量变量
attribute：只能用于顶点着色器，用于经常更改的信息
uniform: (始终如一的)用于不经常更改的信息，可用于顶点和片元着色器
varying：（易变的）用于修饰从顶点着色器向片元着色器传递变量。
更多的解释，可以参考：https://zhuanlan.zhihu.com/p/52807564

3.0版本
在3.0版本，去掉了 attribute 和 varying，使用 in 和 out 和表示输入和输出。为了更好的关管理着色器的顶点数据，会使用 location 这一元数据指定输入变量，比如 layout(location = 0) 表示当前变量index为0的顶点数据，后面使用也是根据 index 。
例如：

4.2 内置变量

OpenGL 中，有几个内置变量，最常见的是在顶点着色器和片段着色器中

顶点着色器(Vectex Shader)：gl_position(位置) 和 gl_pointSize (大小)
片段着色器(Fragment Shader)：gl_FragColor (颜色值) < 3.0之后删除 >

更多3.0 和 2.0 的区别，参考 https://blog.csdn.net/afei__/article/details/88859449

4.3 函数和内置函数

GLSL 的函数使用，与 C 语言基本一直，在定义函数之前先申明类型。不同之处，在于 GLSL 在函数参数上提供了特殊的限定符(修饰符)，这个跟 aidl 有点像，如：

in：默认模式，相当于传入参数只是 in 实参的一份拷贝，修改的值不会影响 in 参数本身，相当于java的 get
out：相当于 wirte-only，可写不可读，相当于 java 的set方法
inpuot：可读可写模式，直接改到实参，可以理解有 get 和set 方法。

GLSL 提供内置函数还是挺方便的，常见的有：

abs：绝对值
floor：向下取整
ceil：向上取整
mod：取模
min：最小
max：最大
clamp：中间值
dot：计算两个向量的点积
pow：计算标量的幂次

4.4 GLSL 编写工具

在 Android studio 中，下载 GLSL 的插件，就可以编写后，再拷贝到着色器代码了，有代码提示真的很不错：
在这里插入图片描述

OpenGL 的渲染框架

接下来，看看 GLSL 是如何把着色器的值传递给 OpenGL 的渲染管线的，如下图：
在这里插入图片描述
从上面可以看到，管线可以分为 client 和 server：

Client：
这里是我们赋予着色器参数的动态值，以及调用的 OpenGL api ，这里指我们的程序代码。

Server：
Server 是整个渲染的核心，它运行再 GPU，Client 和 Server 只能通过 Attributes ，Uniforms 等类型通信。然后再通过着色器 Shader 将数据绘制渲染出来。

参考：
https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzU5NjkxMjE5Mg==&mid=2247483771&idx=1&sn=9b122a361188aa4cc0d75549be0ee4a4&chksm=fe5a3054c92db942d350306739c2c775c95d107b8f2a213d6ddc9cbc5c042c702dc1d36c3581&scene=21#wechat_redirect
https://www.jianshu.com/p/48c52f862f42
https://www.jianshu.com/p/a818684333f2
https://zhuanlan.zhihu.com/p/52807564