3D渲染--OpenGL

迷南。 2022-12-27 14:15 273阅读 0赞

1、图形硬件

![d0a783728c6be114ea3d0ee23dc918fe.png][]

GPU（Graphics Processing Unit）：

**像素和帧**

基本所有现代显示器都是基于光栅的，一个光栅是一个像素的2D矩形网格，一个像素有两个属性：颜色和位置。颜色以RGB分量表示--经常8位一个分量或者24位一个像素。位置以（x,y)形式表示。原点（0,0)在左上角，如下图所示：

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2phY2Nlbg_size_16_color_FFFFFF_t_70][]

每个像素的颜色位数成为显示器深度，矩形网格的行列数成为显示器的分辨率，比如640\*480(VGA), 1024\*768(VGA)....

**帧缓存和刷新率**

像素的颜色值存储在称为帧缓存的图形内存中。GPU将颜色值写入到帧缓存。显示器次用做到右，从上到下逐行从帧缓存读取颜色值，并将每个值显示在屏幕上，这称为光栅扫描。显示器每秒刷新屏幕数十次，称为刷新率，对于LCD显示器一般是60HZ。

**双缓存和垂直同步**

当显示器从缓存读取数据显示到当前帧的时候，我们可能正在为下一帧更新内容，这样就导致屏幕一部分显示新帧和一部分旧帧的内容，真就是所谓的撕裂。

双缓存可以解决此类问题，不使用单帧缓存，而是使用两个缓存：前缓存跟后缓存。 显示器从当前缓冲区读取，而我们将下帧写到后缓存区。完成后，我们像GPU发出信号交换前后缓冲区。

单独使用双缓存并不能解决整个问题，因为缓存区交换可能发生在不适当的世界，例如，在显示器处于显示旧帧的中间时，这就需要通过光栅扫描结束时候成为垂直同步（VSYnc）来解决。当我们向GPU发出信号进行缓存交换时， 在显示整个当前帧之后，GPU将等待下一个VSync进行实际交换。

需要注意的是：当VSync缓存交换使能后，你不能以比显示屏刷新率更快速度刷新。对于LCD、LED显示器，通常刷新率是60HZ。或者每帧16.7ms。此外，如果以固定帧率刷新应用程序，你最终的刷新率很可能是显示器刷新率的整数因子，比如1/2, 1/3, 1/4等。

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2phY2Nlbg_size_16_color_FFFFFF_t_70 1][]

2、3D渲染管线

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2phY2Nlbg_size_16_color_FFFFFF_t_70 2][]

需要补充一些OPenGLES的可编程渲染管线：

3D图形渲染管线主要包括以下几部分：

1、顶点处理

2、光栅化

3、Fragment Processing

3、输出合并

3、顶点、图元、Fragment和像素

3.1 3D图形坐标系

openGL是右手坐标系，x轴朝右，y轴朝上，z轴指向显示器外。Direct3D是左右坐标系，z轴相反。本文采用opengl的RHS和CCW。

![20201211201250329.png][]

3.2 图元

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2phY2Nlbg_size_16_color_FFFFFF_t_70 3][]

3.3 顶点

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2phY2Nlbg_size_16_color_FFFFFF_t_70 4][]

顶点索引

3.4 像素和Fragment

![20201211202558690.png][]

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2phY2Nlbg_size_16_color_FFFFFF_t_70 5][]

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2phY2Nlbg_size_16_color_FFFFFF_t_70 6][]

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2phY2Nlbg_size_16_color_FFFFFF_t_70 7][]

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2phY2Nlbg_size_16_color_FFFFFF_t_70 8][]

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2phY2Nlbg_size_16_color_FFFFFF_t_70 9][]![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2phY2Nlbg_size_16_color_FFFFFF_t_70 10][]

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2phY2Nlbg_size_16_color_FFFFFF_t_70 11][]

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2phY2Nlbg_size_16_color_FFFFFF_t_70 12][]

[https://www3.ntu.edu.sg/home/ehchua/programming/opengl/CG\_BasicsTheory.html][https_www3.ntu.edu.sg_home_ehchua_programming_opengl_CG_BasicsTheory.html]

[d0a783728c6be114ea3d0ee23dc918fe.png]: /images/20221120/1542739c351e4622942868b760b1c535.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2phY2Nlbg_size_16_color_FFFFFF_t_70]: /images/20221120/91d7ed86c4104d4386d4e1b5b46f9de2.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2phY2Nlbg_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]: /images/20221120/bdae0c78ec5c432a9cd87229045cd9ab.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2phY2Nlbg_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]: /images/20221120/0e7a6d491c964bd6a103493addd6dc4a.png
[20201211201250329.png]: /images/20221120/b5d60124ac204bc487c4a74c73994e2d.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2phY2Nlbg_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]: /images/20221120/ab04631013324a84a37baea03870a560.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2phY2Nlbg_size_16_color_FFFFFF_t_70 4]: /images/20221120/baff7a5c2c5949ef842f565c05e58193.png
[20201211202558690.png]: /images/20221120/71b8da02fe044b52bdf4eab4aa5097c5.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2phY2Nlbg_size_16_color_FFFFFF_t_70 5]: /images/20221120/96584164d4284f60aaf17da5bdeb3d86.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2phY2Nlbg_size_16_color_FFFFFF_t_70 6]: /images/20221120/1b65399a88bd40d08a3697183a239be9.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2phY2Nlbg_size_16_color_FFFFFF_t_70 7]: /images/20221120/69ac8ad930aa4f109b2e60dfaff65cce.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2phY2Nlbg_size_16_color_FFFFFF_t_70 8]: /images/20221120/a31f83809c024155bd0587fb3ed50fde.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2phY2Nlbg_size_16_color_FFFFFF_t_70 9]: https://img-blog.csdnimg.cn/20201211202742109.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2phY2Nlbg==,size_16,color_FFFFFF,t_70
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2phY2Nlbg_size_16_color_FFFFFF_t_70 10]: /images/20221120/4491177c92fa4b69acef5a91b4a7b672.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2phY2Nlbg_size_16_color_FFFFFF_t_70 11]: /images/20221120/e6722210358e4bf4aea76ef53422aa2f.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2phY2Nlbg_size_16_color_FFFFFF_t_70 12]: /images/20221120/1947e2b6a01240559de341f423cb4e8a.png
[https_www3.ntu.edu.sg_home_ehchua_programming_opengl_CG_BasicsTheory.html]: https://www3.ntu.edu.sg/home/ehchua/programming/opengl/CG_BasicsTheory.html