一、GLM数学库
OpenGL和DirextX不一样，没有内置的数学库，于是我们需要找一个第三方数学库来完成OpenGL相关的数学计算。GLM库是一个为OpenGL准备的数学库，它提供了各种数学运算的函数，如矩阵运算、向量运算等。GLM库的接口与OpenGL非常相似，因此使用起来非常方便。
GLM库支持多种数据类型，如向量（vec2、vec3、vec4）、矩阵（mat2、mat3、mat4）、四元数（quat）等，同时还提供了各种数学运算函数，如点乘（dot）、叉乘（cross）、矩阵乘法（matmul）等。GLM库的使用非常简单，不需要编译成库，只需要在代码中包含相应的头文件，就可以直接使用其中的函数和数据类型。
#include <iostream>
#include <glm/glm.hpp>
using namespace std;
using namespace glm;
int main()
{
vec3 v1(1.0f, 2.0f, 3.0f);
vec3 v2(4.0f, 5.0f, 6.0f);
float k = 2.0f;
vec3 v3 = v1 + v2 * k;
cout << "v1 + v2 * k = (" << v3.x << ", " << v3.y << ", " << v3.z << ")" << endl;
return 0;
}
二、Shader相关知识
相比于CPU，GPU的优势不在于核心的处理能力，而是在于可以大规模并行处理数据。GPU上的core数量多但是计算能力小，CPU上的core数量少，但计算能力大。
1.GPU的工作流程
简单来说：数据data (顶点数据) ----->VS文件(输入：data的顶点数据，输出：gl_Position的 vec4 顶点数据)----->光栅化处理(显卡自动负责，把点连成生成面，其中包括一定像素)------>FS文件(输入：光栅器的输出的像素，输出画面)；
复杂点说：顶点着色器 【数据data (顶点数据) ->VS文件(输入：data的顶点数据，输出：gl_Position的 vec4 顶点数据)】–> 光栅化【显卡自动负责，插值计算，把点生成像素】 –> 片段着色器【可编程管线的最后一个阶段，计算像素的颜色及其他属性】 –> alpha测试 –> 模板测试 –> 深度测试 –> Blend –> Gbuffer –> frontBuffer –> frame buffer –>显示器
2.完整的渲染管线
渲染管线是计算机图形学中将3D模型转换为2D图像的过程。它是由一系列阶段组成的，每个阶段执行特定的操作。以下是完整的渲染管线：
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应用阶段（CPU）
渲染管线之前的阶段，它涉及到3D模型的创建、导入和准备工作，以及对场景的设置和布置。以下是应用阶段的一些常见操作：3D建模、纹理贴图、场景布置、光照设置、物理引擎设置、动画制作。（应用阶段是渲染管线的前置阶段，它决定了3D模型的外观、场景的设置以及光照的效果等，直接影响最终渲染的效果）
在CPU上运行，包括3D模型的创建、场景的设置和布置等操作。
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几何阶段（GPU）
在这个阶段中，3D模型的顶点被输入到渲染管线中。顶点的坐标和属性被转换为屏幕空间，计算出每个顶点的法线和切向量。还有可能进行一些基本的顶点变换，例如平移、旋转、缩放等。
在GPU上运行，包括顶点着色器、几何着色器和变换反馈等操作。
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光栅化阶段（GPU）
在这个阶段中，将几何阶段输出的图元（如三角形）转换为屏幕上的像素。在这个过程中，对每个像素进行深度测试、遮挡剔除和光栅化。还可能对像素进行采样和插值，以便在纹理映射等后续阶段中使用。
在GPU上运行，包括剪切、光栅化和片元插值等操作。
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片元着色阶段（GPU）
在这个阶段中，对每个像素进行颜色计算和光照计算。这包括基于光照和纹理的像素颜色计算，以及基于材质属性和光源的光照计算。
在GPU上运行，包括片元着色器、深度测试、模板测试和颜色混合等操作。
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输出合成阶段（GPU）
在这个阶段中，将最终的像素颜色值写入帧缓冲区中。这个阶段通常包括混合、透明度和颜色深度测试等操作，以确保最终渲染的结果与所需的输出一致。
在GPU上运行，包括最终的像素颜色值写入帧缓冲区、深度缓冲区和模板缓冲区等操作。
总之，GPU在渲染管线中发挥了非常重要的作用，它承担了几何阶段、光栅化阶段、片元着色阶段和输出合成阶段的任务。因为GPU可以同时执行大量并行的计算操作，可以快速处理大量的三角形和像素数据，从而实现高效的渲染效果。而CPU则更擅长于执行序列化的计算任务，因此主要用于应用阶段中的一些复杂计算和数据处理操作。
3.Shader
shader通常称为着色器，作用是把CPU上的点渲染出来，shader在GPU上是并行执行的，比如三个顶点的数据，会在三个core上并行处理。
shader 主要有两种：
- 顶点着色器 vertex shader：用于修改(平移，旋转，扭曲)顶点的位置 和确定顶点的颜色。
- 片段着色器 fragment shader：也称做像素着色器 pixel shader， 用于确定每个像素的颜色，使用照明，材质等等。片段着色器既可以永远输出同一个颜色，也可以考虑光照、做凹凸贴图、生成阴影和高光，还可以实现半透明等效果。片段着色器还可以修改片段的深度，为多个渲染目标输出多个颜色。