OpenGL 学习1 OpenGL 概述

OpenGL 学习1 OpenGL 概述
2010年06月29日
　　OpenGL 学习1 OpenGL 概述
　　Table of Contents
　　1 概述
　　2 设计实现：client-server 模式
　　3 状态机
　　4 OpenGL 渲染管线
　　4.1 显示列表 Display List
　　4.2 顶点操作 Vertex operation
　　4.3 图元装配 primitive assembly
　　4.4 像素操作 pixel operation
　　4.5 纹理内存 texture memory
　　4.6 光栅化 Rasterization
　　4.7 片元操作 Fragment Operation
　　5 OpenGL 图元
　　6 刷新缓冲
　　1  概述
　　OpenGL 是一个跨平台，跨编程语言的编程接口，用于生成二维、三维图像。OpenGL 是一个直接操纵硬件的软件接口。OpenGL 可以工作在网络模式下，客户端和服务器不是同一台机器：客户端是OpenGL执行命令，而服务器端是用来显示渲染结果。我们所说的 OpenGL 命令对应一个 OpenGL API操作。 2  设计实现：client-server 模式
　　OpenGL 是一种 client-server 模式，当你的应用程序调用 OpenGL 函数时， 它将告诉 OpenGL client， 然后 client 将渲染命令传送给 server. 这里client 和 server 可能是不同的计算机，或是同一台计算机上的不同进程。一般来说 server 是在 GPU 上处理的，而 client 是在 CPU 上处理的，这样分担了 CPU 的负担， 同时高效利用了 GPU. 3  状态机
　　OpenGL 内部有一个状态机， 使用 OpenGL 的 API，实际上是来操纵这个状态机来设置状态，你可以设置当前的颜色，光照，混色等等， 当渲染的时候，会使用状态机的当前设置。状态机中的大多数变量（两种状态的）的可以使用 glEnable() , glDisable()  来设置， 可以通过 glIsEnabled()  来查询状态. 可以通过 glPushAttrib() , glPopAttrib()  来自动保存恢复状态机中的变量。 4  OpenGL 渲染管线
　　OpenGL 的核心部分是渲染管线，这个太核心，所以你不必完全理解它的工作流程。
　　
　　4.1  显示列表 Display List
　　显示列表是一系列的 OpenGL 命令， 压缩存储起来以备以后执行。执行的时候， 将按照顺序执行。所有的数据，几何体（顶点），和像素数据可以放到显示列表中。使用显示列表可以提高性能，尤其在网络模式中，client 和 server 是不同的计算机。显示列表是 server 状态的一部分，它们驻留在 server中, 因此避免通过网络重复发送这些数据， 从而降低网络开销。 4.2  顶点操作 Vertex operation
　　对于顶点数据，接下来的处理步骤是"顶点操作":将顶点转换为图元。对于有些类型的顶点数据(如空间坐标),使用 4*4 的浮点型矩阵对齐进行变换。三维空间坐标被投影到屏幕。
　　如果启用了高级特性，这个阶段需要完成的工作将更多。如果使用了纹理映射，将可能生成纹理坐标，并对其进行变换。如果光照功能被启用，将执行光照计算：根据变换后的顶点、面法线和其他关照信息计算颜色值。 4.3  图元装配 primitive assembly
　　图元装配的一个主要内容就是裁剪，它的任务是消除位于半空间（half-space）之外的那部分几 何图元，这个半空间是由一个平面所定义的。点裁剪就是简单地接受或拒绝顶点，直线或多边形裁剪 则可能需要添加额外的顶点，具体取决于直线或多边形是如何进行裁剪的。 在有些情况下，接下来需要执行一个叫做透视除法（perspective division）的步骤。它使远处的 物体看起来比近处的物体更小一些。接下来所进行的是视口（viewport）和深度（z坐标）操作。如 果启用了剔除功能（culling）并且该图元是一个多边形，那么它就有可能被剔除测试所拒绝。根据多边形模式，多边形可能画成点的形式或者直线的形式。
　　这个阶段产生的结果就是完整的几何图元，也就是根据相关的颜色、深度（有时还有纹理坐标值 以及和光栅化处理有关的一些指导信息）进行了变换和裁剪的顶点。 4.4  像素操作 pixel operation
　　首先将系统内存中的像素数据进行拆封：从某种格式转换为合适数目的分量。接下来对数据进行缩放，偏移和像素映射。然后将得到的数据进行截取，并将其写入纹理内存后发送给光栅化操作进行处理。
　　如果是从帧缓存中读取像素数据,则对其进行像素转移（缩放、偏移、映射和截取）操作。然后将其封装为合适格式，并存储到系统内存的数组中。
　　有一些特殊的像素复制操作，可以用于将数据从帧缓存中复制到帧缓存的其他地方后纹理内存中。数据被写入到纹理内存后帧缓存之前，只经过一遍像素转移操作。 4.5  纹理内存 texture memory
　　纹理图像被加载到纹理内存中，等待被映射到几何多边形对象上。 4.6  光栅化 Rasterization
　　光栅化是将几何数据和像素数据转换为片元(fragment).一个片元对应帧缓冲区中一个像素， 包含了颜色，深度，线宽，点宽和反走样信息。如果设置了 GL_FILL 模式，多边形区域内的像素点会被填充。 4.7  片元操作 Fragment Operation
　　将片元写入帧缓存之前，会执行一系列的操作，其中的每一步操作都可以启用和禁用。
　　第一个操作是纹理生成，从纹理内存中选取一个纹理对象，然后应用到对应片元上。然后执行雾计算。之后进行一系列的测试：裁剪测试 -> Alpha 测试 -> 模板测试 -> 深度测试，如果未通过某项测试，后续的测试将不再执行。再之后，执行混色,抖动，逻辑运算和屏蔽。最后处理后的片元被绘制到合适的缓存中，成为像素。 5  OpenGL 图元
　　一切复杂的物体都可以分解为细小的三角形或四边形。看游戏中的3D人物，去除纹理贴图之后，就是一个个的顶点连成的线面组成。OpenGL 提供了一些基本的图元，包括点、线、三角形、四边形、多边形等等， 而绘制图元是利用 glBegin()  和 glEnd()  来进行。如我们绘制几个点：
　　glBegin(GL_POINTS); glVertex3f (0.0f, 0.0f, 0.0f); glVertex3f (1.0f, 0.0f, 0.0f); glVertex3f (1.0f, 1.0f, 0.0f); glEnd(); 6  刷新缓冲
　　如同我们在操作文件流的时候，我们通过 fwrite  并不能及时的回馈到文件中， 而是写入到了缓冲区中，当缓冲区满的时候才将之写入文件， 我们可以手动通过 fflush  来将缓冲区内容刷新到文件中去。在 OpenGL 中类似，OpenGL 的命令并不能及时执行， 所有的命令先储存在缓冲区中，（网络缓冲区或是显卡加速缓冲区），当缓冲区满的时候才会发送给GPU(server)去执行。 glFlush()  函数可以将缓冲区命令全部送到GPU, 然后不管GPU那边有没有将命令全部执行完，就立即返回。而 glFinish()  和 glFlush()  的功能一样，清空缓冲区，发送给 server, 但是会等待 server 执行完毕后返回给应用程序。区别大似 Windows 消息处理中的 PostMessage  和 SendMessage .   Date: 2010-07-01 21:47:39 HTML generated by org-mode 6.33x in emacs 23