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OpenGL ES 2.0 Using Modern Mobile Graphics Hardware

文章内容:

一. 3D 渲染?

二. 图像的组成是什么呢?

三. 渲染的实质?

四. 问题:CPU 和 GPU 的 Memory 是有数据交换的,这种交换不会出问题吗?CPU 和 GPU 的计算速度一样吗?

五. 图像处理器请求 OpenGL ES 处理图像数据(Buffers)的过程是?

六. 那么现在有个问题,渲染好的图像数据放在那里呢?

七. OpenGL ES 是与当前的嵌入式系统硬件系统有关系,那么如何保存当前平台下的环境,从而为渲染提供唯一的平台环境?

八. 移动设备屏幕的坐标系统和 OpenGL ES 的坐标系统是否相同?


一. 3D 渲染?

对象(图像):A graphics processing unit (GPU) is a hardware component that combines data describing geometry, colors, lights, and other information to produce an image on a screen.(首先它是一张图像,这张图像包含了几何结构、颜色、灯光等其它信息;这张图像是通过 GPU 进入计算并显示在屏幕上的。)

例子

注:光和颜色可以让一张图像产生三维的视觉效果(相当于一张绘图纸上的素描画)

渲染(Rendering): The generation of a 2D image from 3D data is called rendering.(从三维数据到二维图像的过程就是渲染,就是把三维信息绘制成一张二维的图像(基于像素))

二. 图像的组成是什么呢?

像素点

渲染出来的图像是一张 位图 ,每一个像素点都是由 RGB 光原色进行组合形成的。

注:Images are stored in computer memory using an array containing at least three values for each pixel.(从数据存储的角度就是,每一个点都要有三个数据(red / green / blue)才能确定,而且每一个点使用一个数组进行保存)

三. 渲染的实质?

GPU 和 CPU 根据三维数据,进行计算,计算出每一个像素点的 red 、 green 、blue 值(Rendering 3D data into a 2D image typically occurs in several separate steps involving calculations to set the red, green, and blue intensities of every pixel in the image.)

渲染在硬件的角度下是:

四. 问题:CPU 和 GPU 的 Memory 是有数据交换的,这种交换不会出问题吗?CPU 和 GPU 的计算速度一样吗?

首先,CPU 和 GPU 的数据处理速度是不一致的,那么数据交换的时候必然会出现不同步的情况,也就是必然要有一方要等待另一方计算结束后进行计算,很明显这样的情况是不合理的。

解决方案: OpenGL ES 使用的是 Buffers 数据缓存区处理数据交换的问题。 这个缓存区是定义在 Memory Arears 区域的,目的是让图形处理器可以对这里的数据进行控制和管理。(OpenGL ES defines the concept of buffers for exchanging data between memory areas. A buffer is a contiguous range of RAM that the graphics processor can control and manage.)

五. 图像处理器请求 OpenGL ES 处理图像数据(Buffers)的过程是?

所有的数据都最终在 Buffers 内存区中保存下来,而 OpenGL ES 对这些数据进行处理的步骤有 七步(对应的 API ):

  1. 生成标记 (Generate):图像处理器请求 OpenGL ES 为这个 Buffers 生成唯一的标识;---> glGenBuffers();
  2. 绑定(Bind):图像处理器告诉 OpenGL ES 使用这个 Buffers 来进行后续的操作; ---> glBindBuffer();
  3. 缓存数据(Buffer Data):图像处理器告诉 OpenGL ES 分配并初始化一块足够大、足够连续的内存; ---> glBufferData() or glBufferSubData();
  4. 使能(Enable or Disable):图像处理器告诉 OpenGL ES 是否使用这些数据进行后续的操作;---> glEnableVertexAttribArray() or glDisableVertexAttribArray();
  5. 设置指针(Set Pointers):图像处理器告诉 OpenGL ES Buffers 的内存类型,并且把所有数据的 内存偏移量 告诉 OpenGL ES ; ---> glVertexAttribPointer();
  6. 绘制(Draw):图像处理器告诉 OpenGL ES 利用数据渲染屏幕上所有的范围,并使能 Buffers ;---> glDrawArrays() or glDrawElements();
  7. 删除(Delete):图像处理器告诉 OpenGL ES 删除旧标记的 Buffers ,以及释放相关联的数据;---> glDeleteBuffers();

注: 被标记的 Buffers 会被多次使用和修改

六. 那么现在有个问题,渲染好的图像数据放在那里呢?

OpenGL ES 中引入,帧缓存(Frame Buffer)来进行渲染后的数据保存;

区别:

  • 帧缓存和其它的缓存不一样的是,不用进行初始化,而标记、绑定等操作是一样的;
  • 只有在 Bounds (显示范围) 出现的时候会被使能
  • 帧缓存分为 前帧缓存(front frame buffer) 和 后帧缓存(back frame buffer),而且它们会在屏幕显示和用户交互过程不断地交替;
  • front frame buffer 控制每个像素的颜色

请看图:

七. OpenGL ES 是与当前的嵌入式系统硬件系统有关系,那么如何保存当前平台下的环境,从而为渲染提供唯一的平台环境?

OpenGL ES 提供 Context(上下文环境) 变量: The information that configures OpenGL ES resides in platform-specific software data structures encapsulated within an OpenGL ES context.(context是封装保存了 OpenGL ES 特定平台环境下的软件信息结构)

八. 这种 Context 信息又包含了什么?

  • 特定的嵌入式系统(OpenGL ES)环境
  • 特定的 GPU 硬件
  • Frame Buffer 渲染通道
  • 三维数据信息
  • 渲染相关的信息

九. Context 能有什么用?

  • 可以认为程序不用关心不同平台下的具体信息(如:GPU 什么品牌,什么型号等)
  • 方便 OpenGL ES 程序 移植 ( context 相当于自动配置适合当前 OpenGL ES 工作的环境 )

十. 移动设备屏幕的坐标系统和 OpenGL ES 的坐标系统是否相同?

解答: OpenGL ES 是三维坐标系(x, y, z),设备屏幕坐标系统是二维坐标系(x, y) 三维坐标系:

向量坐标(有方向的坐标点,从什么点到什么点):

图上:(0, 0 , 0) --> (1.5, 3.0, -2.0)

注:任意起点都可以,如果不懂请 恶补数学;

向量坐标运算:

注:

三维图形:

注:OpenGL ES 实质绘制的是三维坐标点,坐标点既是像素点,像素点既是 RGB 颜色数组;

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