【OpenGL学习】OpenGL介绍

一、OpenGL是什么？

在早期一般认为OpenGL是一个API(Application Programming Interface, 应用程序编程接口)，包含了一系列可以操作图形、图像的函数。然而，OpenGL本身并不是一个API，它仅仅是一个由Khronos组织制定并维护的规范(Specification)。

二、OpenGL的两种渲染模式：

早期的OpenGL使用立即渲染模式（Immediate mode，也就是固定渲染管线），这个模式下绘制图形很方便。OpenGL的大多数功能都被库隐藏起来，开发者很少有控制OpenGL如何进行计算的自由。而开发者迫切希望能有更多的灵活性。随着时间推移，规范越来越灵活，开发者对绘图细节有了更多的掌控。立即渲染模式确实容易使用和理解，但是效率太低。因此从OpenGL3.2开始，规范文档开始废弃立即渲染模式，并鼓励开发者在OpenGL的核心模式(Core-profile)下进行开发，这个分支的规范完全移除了旧的特性。

当使用OpenGL的核心模式时，OpenGL迫使我们使用现代的函数。当我们试图使用一个已废弃的函数时，OpenGL会抛出一个错误并终止绘图。现代函数的优势是更高的灵活性和效率，然而也更难于学习。立即渲染模式从OpenGL实际运作中抽象掉了很多细节，因此它在易于学习的同时，也很难让人去把握OpenGL具体是如何运作的。现代函数要求使用者真正理解OpenGL和图形编程，它有一些难度，然而提供了更多的灵活性，更高的效率，更重要的是可以更深入的理解图形编程。

三、OpenGL是一个状态机

OpenGL本身是一个巨大的状态机，那么什么是状态机呢？最简单的理解方式就是当我们设置一个状态之后，不进行任何操作的情况下，将会一直保持该状态，直到接收到了其他输入之后根据输入来改变状态，以OpenGL举个例子，例如我们要进行颜色缓冲区的清空，调用了函数glClearColor，那么OpenGL会记录你输入的颜色值，每次刷新缓冲区都会显示这个颜色，直到你输入另外其他的颜色。而状态机就是来表示有限个状态和这些状态之间的转移和动作行为的数学计算模型。如下图，就定义了一个只有opened 和closed两种状态的状态机。当系统处于opened状态，在收到输入“关闭事件”，达到了状态机转移条件，系统就转移到了closed状态，并执行相应的动作，此例有一个进入动作(entry action)，进入closed状态，会执行close door动作。

对于OpenGL这个状态机来说，会有一系列的变量来描述OpenGL在某个时刻对应的状态，而这个状态被称之为上下文（Context），在进行初始化设置的时候通过函数glfwMakeContextCurrent（）就是用来创建上下文的。通常使用如下途径去更改OpenGL状态：设置选项，操作缓冲。最后，我们使用当前OpenGL上下文来渲染。

假设当我们想告诉OpenGL去画线段而不是三角形的时候，我们通过改变一些上下文变量来改变OpenGL状态，从而告诉OpenGL如何去绘图。一旦我们改变了OpenGL的状态为绘制线段，下一个绘制命令就会画出线段而不是三角形。

当使用OpenGL的时候，我们会遇到一些状态设置函数(State-changing Function)，这类函数将会改变上下文。以及状态使用函数(State-using Function)，这类函数会根据当前OpenGL的状态执行一些操作。

四、OpenGL的对象

在OpenGL中一个对象是指一些选项的集合，它代表OpenGL状态的一个子集。比如，我们可以用一个对象来代表绘图窗口的设置，之后我们就可以设置它的大小、支持的颜色位数等等。可以简单的将对象理解为一个结构体。

如何使用OpenGL的对象？

一般流程如下：

// 创建对象
unsigned int objectId = 0; //OpenGL中的对象都是用无符号整型来表示的
glGenObject(1, &objectId);
// 绑定对象至上下文
glBindObject(GL_WINDOW_TARGET, objectId); //这里将创建的对象绑定到了上下文中设置Window参数的这个状态变量上面了
// 设置当前绑定到 GL_WINDOW_TARGET 的对象的一些选项
glSetObjectOption(GL_WINDOW_TARGET, GL_OPTION_WINDOW_WIDTH, 800);
glSetObjectOption(GL_WINDOW_TARGET, GL_OPTION_WINDOW_HEIGHT, 600);
// 将上下文对象设回默认
glBindObject(GL_WINDOW_TARGET, 0); //可以理解为解绑该对象

首先创建一个对象，然后用一个id保存它的引用（实际数据被储存在后台）。然后我们将对象绑定至上下文的目标位置（例子中窗口对象目标的位置被定义成GL_WINDOW_TARGET）。接下来我们设置窗口的选项。最后我们将目标位置的对象id设回0，解绑这个对象。设置的选项将被保存在objectId所引用的对象中，一旦我们重新绑定这个对象到GL_WINDOW_TARGET位置，这些选项就会重新生效。

而OpenGL渲染图形的整个过程，实际上就是渲染管线的内容了，包括了从应用阶段到几何阶段再到光栅化阶段的一系列操作。

参考：

OpenGL - LearnOpenGL CN (learnopengl-cn.github.io)

OpenGL - The Industry Standard for High Performance Graphics

Khronos OpenGL® Registry - The Khronos Group Inc

什么是状态机？一篇文章就够了_挣扎着的咸鱼的博客-CSDN博客_状态机的概念

OpenGL的状态机理解 - lyz007 - 博客园 (cnblogs.com)

OpenGL状态机_LV小猪精的博客-CSDN博客_opengl 状态机

20分钟让你了解OpenGL——OpenGL全流程详细解读 - 知乎 (zhihu.com)