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OpenGL ES渲染管線概述（一）

 更新時(shí)間：2018年05月26日 09:32:34   作者：weiers  
這篇文章主要為大家詳細(xì)介紹了OpenGL ES渲染管線的簡單概述，具有一定的參考價(jià)值，感興趣的小伙伴們可以參考一下

渲染管線一般是由顯示芯片GPU內(nèi)部處理圖形信號的并行處理單元組成，這些并行處理單元之間是獨(dú)立的，從另一個(gè)角度看，渲染管線實(shí)際上也是一系列繪制過程，這一系列過程的輸入是待繪制物體的相關(guān)描述信息，輸出的是要顯示的圖像幀數(shù)據(jù)。

OpenGL ES管線主要包括：

讀取頂點(diǎn)數(shù)據(jù)—>頂點(diǎn)著色器—>組裝圖元—>光柵化圖元—>片元著色器—>寫入幀緩沖區(qū)—>顯示到屏幕上

  • 讀取頂點(diǎn)數(shù)據(jù)指的是將待繪制的圖形的頂點(diǎn)數(shù)據(jù)傳遞給渲染管線中。
  • 頂點(diǎn)著色器最終生成每個(gè)定點(diǎn)的最終位置，執(zhí)行頂點(diǎn)的各種變換，它會針對每個(gè)頂點(diǎn)執(zhí)行一次，確定了最終位置后，OpenGL就可以把這些頂點(diǎn)集合按照給定的參數(shù)類型組裝成點(diǎn)，線或者三角形。
  • 組裝圖元階段包括兩部分：圖元的組裝和圖元處理，圖元組裝指的是頂點(diǎn)數(shù)據(jù)根據(jù)設(shè)置的繪制方式參數(shù)結(jié)合成完整的圖元，例如點(diǎn)繪制方式中每個(gè)圖元就只包含一個(gè)點(diǎn)，線段繪制方式中每個(gè)圖源包含兩個(gè)點(diǎn)；圖元處理主要是剪裁以使得圖元位于視景體內(nèi)部的部分傳遞到下一個(gè)步驟，視景體外部的部分進(jìn)行剪裁。視景體的概念與投影有關(guān)。
  • 光柵化圖元主要指的是將一個(gè)圖元離散化成可顯示的二維單元片段，這些小單元稱為片元。一個(gè)片元對應(yīng)了屏幕上的一個(gè)或多個(gè)像素，片元包括了位置，顏色，紋理坐標(biāo)等信息，這些值是由圖元的頂點(diǎn)信息進(jìn)行插值計(jì)算得到的。
  • 片元著色器為每個(gè)片元生成最終的顏色，針對每個(gè)片元都會執(zhí)行一次。一旦每個(gè)片元的顏色確定了，OpenGL就會把它們寫入到幀緩沖區(qū)中。

在OpenGL ES2.0中主要的兩個(gè)部分就是上面的可編程頂點(diǎn)著色器和片段著色器。學(xué)習(xí)OpenGL ES主要是要了解渲染管線，了解CPU的渲染過程，主要編程工作在于頂點(diǎn)著色器和片元著色器的編寫。

繪制一個(gè)六邊形

效果如圖所示

六邊形類

public class SixShape {
 private FloatBuffer mVertexBuffer;
 private FloatBuffer mColorBuffer;
 private int mProgram;
 private int mPositionHandle;
 private int mColorHandle;
 private int muMVPMatrixHandle;

 public SixShape(float r) {
  initVetexData(r);
 }

 public void initVetexData(float r) {
  // 初始化頂點(diǎn)坐標(biāo)
  float[] vertexArray = new float[8*3];
  // 初始化頂點(diǎn)顏色
  float[] colorArray=new float[8*4];
  int j = 0, k = 0;
  vertexArray[j++] = 0;
  vertexArray[j++] = 0;
  vertexArray[j++] = 0;

  colorArray[k++] = 1;
  colorArray[k++] = 1;
  colorArray[k++] = 1;
  colorArray[k++] = 0;
  for (int angle = 0; angle <= 360; angle += 60) {
   vertexArray[j++] = (float) (r*Math.cos(Math.toRadians(angle)));
   vertexArray[j++] = (float) (r*Math.sin(Math.toRadians(angle)));
   vertexArray[j++] = 0;

   colorArray[k++] = 1;
   colorArray[k++] = 0;
   colorArray[k++] = 0;
   colorArray[k++] = 0;
  }
  ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocateDirect(vertexArray.length * 4);
  buffer.order(ByteOrder.nativeOrder());
  mVertexBuffer = buffer.asFloatBuffer();
  mVertexBuffer.put(vertexArray);
  mVertexBuffer.position(0);

  ByteBuffer cbb=ByteBuffer.allocateDirect(colorArray.length*4);
  cbb.order(ByteOrder.nativeOrder());
  mColorBuffer=cbb.asFloatBuffer();
  mColorBuffer.put(colorArray);
  mColorBuffer.position(0);

  int vertexShader = loaderShader(GLES20.GL_VERTEX_SHADER, vertexShaderCode);
  int fragmentShader = loaderShader(GLES20.GL_FRAGMENT_SHADER, fragmentShaderCode);

  mProgram = GLES20.glCreateProgram();
  GLES20.glAttachShader(mProgram, vertexShader);
  GLES20.glAttachShader(mProgram, fragmentShader);
  GLES20.glLinkProgram(mProgram);

  mPositionHandle = GLES20.glGetAttribLocation(mProgram, "aPosition");
  mColorHandle = GLES20.glGetAttribLocation(mProgram, "aColor");
  muMVPMatrixHandle = GLES20.glGetUniformLocation(mProgram, "uMVPMatrix");
 }

 public void draw(float[] mvpMatrix) {
  GLES20.glUseProgram(mProgram);
  // 將頂點(diǎn)數(shù)據(jù)傳遞到管線，頂點(diǎn)著色器
  GLES20.glVertexAttribPointer(mPositionHandle, 3, GLES20.GL_FLOAT, false, 3 * 4, mVertexBuffer);
  // 將頂點(diǎn)顏色傳遞到管線，頂點(diǎn)著色器
  GLES20.glVertexAttribPointer(mColorHandle, 4, GLES20.GL_FLOAT, false,4*4, mColorBuffer);
  // 將變換矩陣傳遞到管線
  GLES20.glUniformMatrix4fv(muMVPMatrixHandle, 1, false, mvpMatrix, 0);
  GLES20.glEnableVertexAttribArray(mPositionHandle);
  GLES20.glEnableVertexAttribArray(mColorHandle);
  // 繪制圖元
  GLES20.glDrawArrays(GLES20.GL_TRIANGLE_FAN, 0, 8);
 }

 private int loaderShader(int type, String shaderCode) {
  int shader = GLES20.glCreateShader(type);
  GLES20.glShaderSource(shader, shaderCode);
  GLES20.glCompileShader(shader);
  return shader;
 }

 private String vertexShaderCode = "uniform mat4 uMVPMatrix;"
   + "attribute vec3 aPosition;"
   + "attribute vec4 aColor;"
   + "varying vec4 aaColor;"
   + "void main(){"
   + "gl_Position = uMVPMatrix * vec4(aPosition,1);"
   + "aaColor = aColor;"
   + "}";

 private String fragmentShaderCode = "precision mediump float;"
   + "varying vec4 aaColor;"
   + "void main(){"
   + "gl_FragColor = aaColor;"
   + "}";

}

六邊形View

public class SixView extends GLSurfaceView{

 public SixView(Context context) {
  super(context);
  setEGLContextClientVersion(2);
  setRenderer(new MyRender());
 }

 class MyRender implements GLSurfaceView.Renderer {
  private SixShape circle;

  @Override
  public void onSurfaceCreated(GL10 gl, EGLConfig config) {
   GLES20.glClearColor(0.5f, 0.5f, 0.5f, 1);
   circle = new SixShape(0.5f);
   GLES20.glEnable(GLES20.GL_DEPTH_TEST);
  }

  // 投影矩陣
  private final float[] mProjectionMatrix = new float[16];
  // 視圖矩陣
  private final float[] mViewMatrix = new float[16];
  // 模型矩陣
  private final float[] mMMatrix = new float[16];
  private final float[] mViewProjectionMatrix = new float[16];
  private final float[] mMVPMatrix = new float[16];

  @Override
  public void onSurfaceChanged(GL10 gl, int width, int height) {
   GLES20.glViewport(0, 0, width, height);
   float ratio= (float) width / height;
   // 設(shè)置正交投影
   Matrix.orthoM(mProjectionMatrix, 0, -ratio, ratio, -1, 1, 0, 5);
   // 設(shè)置視圖矩陣
   Matrix.setLookAtM(mViewMatrix, 0, 0, 0, 2, 0, 0, 0, 0, 1, 0);
  }

  @Override
  public void onDrawFrame(GL10 gl) {
   GLES20.glClear( GLES20.GL_DEPTH_BUFFER_BIT | GLES20.GL_COLOR_BUFFER_BIT);
   Matrix.multiplyMM(mViewProjectionMatrix, 0, mProjectionMatrix, 0, mViewMatrix, 0);
   // 設(shè)置模型矩陣
   Matrix.setIdentityM(mMMatrix, 0);
   Matrix.translateM(mMMatrix,0,0,0,1);
   Matrix.rotateM(mMMatrix, 0, 30, 0, 0, 1);
   Matrix.multiplyMM(mMVPMatrix, 0, mViewProjectionMatrix, 0, mMMatrix, 0);
   circle.draw(mMVPMatrix);
  }
 }

}

接下來在Activity中就可以使用這個(gè)View了。上面的例子雖然簡單，但是包括了使用OpenGL ES編程的主要流程，包括生成頂點(diǎn)數(shù)據(jù)，編寫頂點(diǎn)著色器，片元著色器，傳遞數(shù)據(jù)給頂點(diǎn)/片元著色器，這里最主要的就是著色器語言。此外包括投影，平移，旋轉(zhuǎn)等操作。在后面會詳細(xì)學(xué)習(xí)每個(gè)細(xì)節(jié)以及上面例子沒有涉及到的光照，紋理等OpenGL的知識。

以上就是本文的全部內(nèi)容，希望對大家的學(xué)習(xí)有所幫助，也希望大家多多支持腳本之家。

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