1.图形API简介

• OpenGL：OpenGL（Open Graphics Library）是一个跨编程语言、跨平台的编程图形程序接口，它将计算机的资源抽象称为一个个的OpenGL的对象，对这些资源的操作抽象为一个个的OpenGL指令。OpenGL主要针对的是PC端。
• OpenGL ES：OpenGL ES（OpenGL for Embedded Systems）是OpenGL三维图形API的子集，针对的是手机，PDA和游戏主机等嵌入式设备而设计，去除了许多不必要和性能较低的API。
• OpenCV：OpenCV是做人脸识别或者身份识别、物体识别，比如，识别身份证上的身份证号码，也有很多朋友用的是face++，这是一个付费但是高效的SDK,很多大型的软件都用的是face++，比如美颜相机，支付宝等。
• DirectX：DirectX是由很多API组成的，DirectX并不是一个单纯的图形API，它是Windows上一个多媒体处理框架，所以它只支持Windows平台。按照性质分类，可以分为显示部分、声音部分、输入部分和网络部分四大部分。
• Metal：Metal是苹果为游戏开发者推出了新的平台技术，该技术能够为3D图像提高10倍的渲染性能。Metal是Apple为了解决3D渲染而推出的框架。

2.OpenGL 专业名词解析

1.context（上下文/状态机）

context是一个庞大的状态机，它保存了OpenGL的各种状态。这也是OpenGL执行的基础。状态机描述了对象在其当前的生命周期内所经历的状态，状态间的转变，转变的动因，条件以及转变后的活动。

2.渲染

渲染就是把图片/视频,绘制显示到屏幕的过程。

3.顶点数组和顶点缓冲区

顶点指的是在绘制图形时的顶点位置数据，这个数据可以直接存在数组中或者缓存在GPU内。
当系统将一张图片显示在屏幕上，首先需要顶点数据，这个顶点数据就是图片显示在屏幕上的位置信息，也就是我们绘图所需要的框架。在OpenGL中，图像都是由图元组成，在OpenGL ES中，图元一共有：点，线，三角形。在开发者进行绘制的时候，会把顶点数据存储到内存当中，这就是顶点数组。当GPU在调度顶点数组的时候，会存在带宽问题，导致没有那么高效。所以顶点数据在存储的时候会拷贝一份到显存中，GPU就会更加高效的读取数据，这部分的显存被称为顶点缓冲区。

4.位图（纹理）

png、jpg是一种压缩图片，当计算机在读取这些压缩图片时，都会将这些图片解压成位图。假设有一张图片的大小为120*120，那么它的像素点为14400，每一个像素点会通过RGBA进行相应的存储，每一个颜色占据4个字节，那么这张图片的大小为14400 *4 。

5.管线

OpenGL在进行图形渲染的时候，会经历一个一个节点。而这样的操作就可以称之为管线。类似于工厂的流水线任务，管线这只是一个抽象的概念，之所以称之为管线是因为显卡在处理数据的时候是按照一个固定的顺序执行，而且这个顺序是不能被打破的。

6.固定管线（存储着色器/固定着色器）

在OpenGL中， 有一些封装好的着色器程序，包含了光照，坐标变换，剪裁等诸多功能的固定shader程序来完成，来帮助开发者来完成图形的渲染，而开发者只需要传入相应的参数，就能快速方便的完成图形的渲染。
由于OpenGL的使用场景逐渐丰富，固定管线无法完成所有业务，所以将相关部分开放成可编程。

7.着色器程序shader

和cpu调度函数方法一样，shader是GPU进行调度的。OpenGL在实际调用绘制函数之前，还需要指定一个有shader编译成的着色器程序。常见的着色器有顶点着色器，片段着色器/像素着色器，几何着色器，曲面细分着色器。

OpenGL在处理shader时，和其他编译器一样，通过编译、链接等步骤，生成了着色器程序，着色器程序同时包含了顶点着色器和片段着色器的运算逻辑。在OpenGL进行绘制的时候，首先由顶点着色器对传入的顶点数据进行运算。再通过图元装配，将顶点转换为图元。然后进行光栅化，将图元这种矢量图形，转换为栅格化数据。最后，将栅格化数据传入片段着色器中进行运算。片段着色器会对栅格化数据中的每一个像素进行运算，并决定像素的颜色。

8.顶点着色器

顶点着色器一般用来处理图形每个顶点的变换，比如旋转、平移、投影等。

顶点着色器是OpenGL中用于计算顶点属性的程序。顶点着色器是逐顶点计算的程序，也就是说每个顶点数据都会执行一次顶点着色器，这是并行操作，并且在运算过程中无法访问其他顶点。

一般来说典型的需要计算的顶点属性主要包括顶点坐标变换、逐顶点光照运算等等。顶点坐标由⾃自身坐标系转换到归一化坐标系的运算，就是在这里发⽣的。

9.片元(像素)着色器

一般用来处理图形中每个像素点颜色计算和填充；

片元着色器是OpenGL中用于计算像素颜色的程序，是逐像素运算的程序，也就是说每个像素都会执行一次片元着色器，也是并行的。

10.GLSL（OpenGL Shading Language）/自定义着色器

OpenGL着色语言是用来在OpenGL中着色编程的语言，即是开发人员写的自定义着色程序，它们是在图形卡的GPU上执行的，代替了固定的渲染管线的一部分，使渲染管线中不同层次具有可编程性。比如:视图转换、投影转换等。GLSL(GL Shading Language)的着⾊器代码分成2个部分: Vertex Shader(顶点着⾊器)和Fragment(⽚元着⾊器)。

11.光栅化

• 光栅化就是把顶点数据转换成片元的过程，具有将图转化为一个个栅格组成的图图像的作用。片元中的每一个元素对应于帧缓冲区中的一个像素。
• 光栅化其实是一种将⼏何图元变为二维图像的过程。该过程包含了两部分 的⼯工作。第一部分工作:决定窗⼝坐标中的哪些整型栅格区域被基本图元占⽤;第⼆二部分工作:分配⼀个颜⾊值和⼀个深度值到各个区域。
• 把物体的数学描述以及与物体相关的颜色信息转换为屏幕上用于对应位置的像素及用于填充像素的颜色，这个过程称为光栅化，这是一个将模拟信号转化为离散信号的过程。

12.变换矩阵

例如图形想发⽣平移,缩放,旋转变换.就需要使用变换矩阵。

13.投影矩阵

⽤于将3D坐标转换为二维屏幕坐标,实际线条也将在⼆维坐标下进行绘制。

• 投影方式
  
  投影方式.png
  
  注：这里的camera指的是观察者视角，不是相机。
  13.1 正投影/平行投影
  不管远近按照1：1大小进行绘制，一般用于显示2D效果；
  13.2 透视投影
  远小近大的效果进行绘制，一般用于绘制3D图形。