前言
这是本教程的第一个篇章，你是否已经迫不及待的想动手写代码了？很可惜的是，这一篇章我们并不会涉及到Qt和代码，而是说一些有用，并且有意思的事情。
如果没有进行思考就直接上手写代码的话，会让你产生一些“先入为主”的错误观念，这些观念将会成为你之后学习过程中极大的阻碍，因此，沉住气，认真看完这一章，到之后你真正学习的代码时候，你就会发现自己tm跟开了挂一样：“卧槽，原来OpenGL这么简单！！！？”
能够看到这篇文章，说明你大概率也是一名程序开发者，你为什么来学OpenGL呢？是因为兴趣使然，还是工作需要呢？如果不介意的话，可以在评论区分享一下你的原因
OpenGL与普通绘图API的差异
作为一名程序开发者，你可能已经使用过一些GUI框架，这些框架大多会提供一套使用CPU进行绘图的API来绘制2D图形，这类API（下方统称为普通API】）一般都会提供类似下面这样的绘图函数：
画线函数：提供两个端点的坐标来进行绘制
画圆函数：提供圆形坐标和半径来进行绘制
画矩形函数：提供长宽以及其中一个规定点的坐标（一般是左上角，或矩形中心）来进行绘制
画多边形函数：通过一系列的顶点来绘制多边形
画图函数：提供一张外部图像和绘制的矩形区域
....通过这些函数，已经可以绘制出任何的2D图形了，那我们还学OpenGL干嘛？
：“普通API只能画2D图形，不能画3D图形啊，所以要学OpenGL。”
大错特错！不是因为普通API不能绘制“3D图形”，而是因为它们的绘制效率远远无法满足“3D图形”的绘制需求。之所以给 3D图形 打上双引号是因为它们并不是真正的3D图形，试想二维的电脑屏幕怎么可能显示出三维的图像呢？
：“那你的意思是普通API也能绘制3D图形？”
那是当然，绘制3D图形的过程，只是在假想的三维空间中计算3D图形的顶点数据，然后再将这些顶点数据从三维空间映射到二维屏幕，最后再利用这些二维的顶点数据绘制图形，因次，3D图形的绘制本质上绘制的其实是一个2D图形，既然是2D图形，为什么不能用普通API来进行绘制呢？你只需要了解“三维空间空间到二维空间转换计算”，就能很轻松地完成这件事，如果感兴趣的话，可以试试。
：“那OpenGL与普通API的差异在哪呢？”
我就跟你讲一个我瞎编的故事吧。
原来的时候，开发者用的就是普通API来进行绘图，你可以把自己想象成当时的开发者，仔细查看一下上方列举的那些基本绘图函数，你会发现其中有一个比较特殊的函数——画多边形函数，它特殊在哪？
通过这个函数，我们可以绘制出任何的图形，因为任何图形都是由顶点构成的。
所以这是否意味着：只要我们将这个函数的底层绘制算法优化到极致，可以大幅度绘图的效率？
那怎么优化呢？对了，任意多边形都可以分割成若干个三角形，如果我们能找到一个超高性能的三角形绘制算法，不就行了？
但当我们将理论变成现实的时候，发现效率确实是提高了，幅度却并不是很大，你不断地不断地优化代码，却仍然无法满足实时绘制3D图形的要求。
你甚至开始怀疑自己是不是想错了？不可能！如果这个方法都不行，别的方法就更不行了！
难道说实时3D图形绘制根本就是个泡沫？可是如果能做到的话，....
你仍不死心，一遍又一遍的检阅着写好的代码，终于，发现了突破口——代码中有很多相似的运算操作，并且有很多操作明明是可以一起运行的，而电脑的处理器却不支持这么做，我是否能通过硬件手段来优化这部分代码？
于是，一种专门用于图形绘制的处理器——GPU（Graphics Processing Unit，图形处理单元）诞生了。它的出现，让实时3D绘制最终变成了现实。
：“说这么多废话，差异究竟在哪呢？”
我还以为你看懂了呢，那我再总结一下：
图形特征处理不同 ：
- OpenGL（包括其他GPU绘图API）采用的是一种大道至简的处理方式：将图形数据进行拆解——通过顶点数据+图元类型（点、线、三角面）来描述任意的图形
- 普通API则是划分一些基本图形（点，线，圆，矩形...），用最少的特征来进行描述这些图形（比如描述一个圆只需要两个参数：圆的中心坐标和半径）
硬件不同：
- OpenGL使用GPU进行图形绘制
- 普通API使用CPU绘图（一些普通API也会将代码转换成GPU API以通过GPU进行绘图）
本质上的不同也就造成了：
- 性能差异：GPU绘图明显高于CPU绘图
- 用法差异：普通绘图API可以使用高级函数提供几个简单的参数就能绘制图形，GPU绘图API则要求你必须完成图形渲染中的核心阶段（以圆为例，普通API可以直接通过圆的中心坐标和半径进行绘制，而GPU绘图API关注的是圆上所有点的坐标）
好了，现在你对OpenGL可能有了一个初步的了解了，但是要你说一下OpenGL究竟是做什么的？你可能也说不出来。为什么呢？
：“因为没图啊！全是文字谁看得懂！？”
明白，下面我给你整几张尺度大一点的图。
OpenGL图形绘制流程
（很多人喜欢称之为图形渲染管线，老实说，我不太喜欢这个名字，初次看到这个名称的时候不解其意）
在现实生活中，如果你想以极高的效率来生产某种产品，那么搭建一个自动化工厂无疑是最好的选择，搭建完毕之后，你只需要提供原材料，调整好各个零部件，按下电源开关，原材料便开始通过传送带输送，途中被各个子工厂加工，最终生产出产品。
下面有个可爱的小短片演示流水线的工作流程，强烈推荐看一下哦。
【宝贝老板】流水线生产的宝宝
图形的绘制其实就是在生产产品，因此，为了能够高效的绘制图形，OpenGL也采用的是工厂流水线的方式，这也是为什么很多人喜欢把这个绘制过程叫做图形渲染管线
在这以前，你还需要了解OpenGL标准化设备坐标(Normalized Device Coordinates, NDC)
OpenGL为了让坐标运算不受显示器分辨率的影响，将xyz坐标标准化到了[-1,1]之间。任何落在范围外的坐标都会被丢弃/裁剪，不会显示在你的屏幕上（流水线的第一步会处理顶点数据，你也可以在这一步再将顶点坐标进行标准化），标准化设备坐标看起来就像是下面这样
好了，现在我们可以开始学习图形绘制流程（图形渲染管线）了。
我们提供给这座工厂的原材料是顶点数据，这些顶点数据经过六个处理阶段之后将完成图形的绘制，这六个处理阶段是：
蓝色的部分表示此阶段可以进行编程。其中现代OpenGL渲染管线要求你必须提供一个顶点着色器和片段着色器。
看不懂这图没关系，你只需要了解有这六个阶段就行，本身这张图片并没有很好的解释图形渲染管线，待会我会非常详细的解释这六个阶段
顶点数据（Vertex Data）
这里的顶点数据并不要以为只是顶点坐标，它可以是顶点的颜色，法向量，纹理坐标等一系列用来绘制顶点的数据的统称，并且这里并不一定要求有顶点坐标。
：“不用顶点坐标，还怎么绘图？画空气？”
顶点着色器，几何着色器都是在对数据进行处理，真正使用这些数据是从光栅化阶段开始，也就是说你可以在数据处理的过程中再生成顶点数据，（比如你要画圆的话，可以只传入一个顶点坐标和一个半径长度，在之前的处理阶段生成圆形的顶点数据），或许这么说你可能还是不太懂，等之后我们讲解了其他阶段之后你可能就明白了 。
这些顶点数据是从CPU传入到GPU中，传输是一个开销非常大的过程，因此传输的数据越少越好
由于OpenGL一般是通过三角形绘制绘制多边形，比如矩形，需要传递两个三角形的顶点数据，也就是6个顶点数据，而其中有2个顶点是重复的，本身绘制一个矩形只需要4个顶点，重复数据导致额外开销50%，这显然是得不偿失的。那么OpenGL是怎么解决这个问题的呢？之后的教程中你就知道了。
顶点着色器（Vertex Shader）
- 加工顶点数据，一般是指顶点数据的变换
shader翻译成着色器很容易让人产生误解：着色器是不是就是用来填充颜色的？并不是！（或许称之为顶点处理器会更好一些）
这一阶段是用来处理一个单独的顶点数据，因此这阶段其实是并行操作（可能有很多顶点数据都同时在使用这个顶点着色器程序进行处理）
：“究竟是怎么处理呢？”
这取决你想怎样处理这些顶点数据，因为这部分需要自己来实现代码，你可以把顶点坐标进行平移、旋转、缩放等各种变换操作，修改各种顶点数据，比如纹理坐标，法向量等，原则只有一个：需要保证最终只有一个顶点坐标，并且将一些会在其他阶段使用的数据传递输出。
图元装配（Shape Assembly）
OpenGL支持四种基本图元类型：点，线，三角形，四边形。并提供了一些扩展图元供使用，如下图：
几何着色器（Geometry Shader）
- 生成新的顶点数据（例如，输入一个顶点，能够生成0个以上新的顶点数据）
- 修改输出的图元类型（例如，输入图元是点，能够输出线条图元或者三角形图元）
它能起到一定的裁剪作用、同时也能产生比顶点着色器输入更多的基础图元。
几个用例：
粒子系统：一个粒子系统往往是通过GL_POINTS图元来进行绘制，在几何着色器中再生成各种形状的粒子（它可以是2D的，也可以是3D）
图形扩展：在learn OpenGL教程——加载3D模型的章节中，可以使用几何着色器生成模型各个顶点的法向量（由点→线扩展）
光栅化（rasterization）
- 将前两阶段处理之后的几何数据经过一系列变换转换为像素
打个比方，如果我们要绘制的是一个三角形，那么经过前两阶段，现在拥有的是三角形三个顶点的几何数据，光栅化的目的就是将几何数据经过一系列变换后最终转换为像素，从而呈现在显示设备上的过程，如下图：
片段着色器（Fragment Shader）
- 计算光栅化中产生片段（“像素”）的颜色
- 带有一定的裁剪功能（discard）
这就跟我们传统意义上的“着色器”是一样的意思，没错，片段着色器就是用来填充颜色的。
测试（Tests）
- 筛选并处理从片段处理器中传递过来的像素
测试的目的就是为了通过设置一些测试的方法，按照某种机制来筛选出我们需要的方法
OpenGL提供了四种测试方法：
- 深度测试：当绘制立体物体的时候，使用深度测试可以丢弃物体背面的像素
- Alpha测试：可以通过alpha值来丢弃像素。
- 剪裁测试：通过设置裁剪区域来丢弃像素。
- 模板测试：模板测试是根据一个模板来进行测试，其目的为了让开发者能够定义自己的测试方法。
混合（Blending）
- 混合技术常用于表现物体的透明度
透明的物体的颜色常与位于其之后的物体的颜色进行混合，来达到透明的效果。物体的透明度由颜色的alpha通道的值定义，例如下面的图片:
总结
OpenGL的整个渲染流程大致如此，看完你可能会一脸懵逼，没关系，这是正常的，在接下来的教程我们会通过代码的形式，来一步一步的深入了解Qt平台下的OpenGL。