OpenGL工作流程
通過(guò)上面的介紹，對(duì)OpenGL是有了一個(gè)總體的印象。下面來(lái)闡述在OpenGL中處理數(shù)據(jù)的三個(gè)階段和這些階段中OpenGL函數(shù)如何使用。
圖1
圖1詳細(xì)給出了OpenGL處理流水線（pipe line）的框圖。
圖中左邊有三條豎向的寬箭頭，箭頭代表了幾何頂點(diǎn)（vertexs）和與幾何頂點(diǎn)有關(guān)的兩類原始數(shù)據(jù)：顏色值和紋理坐標(biāo)。從圖中可以看出處理流程的三個(gè)階段，幾何頂點(diǎn)被組合為圖元（primitives），然后圖元被合成片元（fragments），最后片元被轉(zhuǎn)換為幀緩存中的象素?cái)?shù)據(jù)（pixels）。在下面的章節(jié)中將詳細(xì)討論這一過(guò)程。
圖 OpenGL工作流程（openGL blue book）
15.5.1 幾何頂點(diǎn)
這一節(jié)講解流程圖中對(duì)預(yù)頂點(diǎn)進(jìn)行處理（per-vertex）的相關(guān)OpenGL函數(shù)，經(jīng)過(guò)這個(gè)處理后的幾何頂點(diǎn)便可以進(jìn)入OpenGL處理流程。
1）輸入數(shù)據(jù)
對(duì)OpenGL流水線必須提供如下的輸入數(shù)據(jù)類型
幾何頂點(diǎn)(Vertices)——幾何頂點(diǎn)描述了幾何物體的形狀。指定幾何頂點(diǎn)要用glVertex*()函數(shù)，并將其放在glBegin()和glEnd()之間，可以創(chuàng)建點(diǎn)、線或者多邊形。可以用glRect*()描述一整個(gè)矩形。
邊界標(biāo)志(Edge flag)——默認(rèn)情況下所有多邊形的邊緣都是邊界。使用glEdgeFlag*()可以明確指定邊界。
當(dāng)前光柵化位置——使用glRast
ERPos*()，用來(lái)指定象素和位圖繪制操作的柵格坐標(biāo)。
當(dāng)前法線——幾何頂點(diǎn)的法向量決定了三維空間中某個(gè)面上一點(diǎn)的指向，從而影響了該點(diǎn)接收光線。使用glNormal*()來(lái)定義一個(gè)法向量。
當(dāng)前顏色——頂點(diǎn)的顏色，加上設(shè)置的光照條件，最終決定了光照顏色。RGB顏色用glColor*()，顏色索引模式用glIndex*()。
當(dāng)前紋理坐標(biāo)——用glTexCoord*()定義，紋理坐標(biāo)將紋理圖象的一個(gè)特殊位置與幾何頂點(diǎn)關(guān)聯(lián)。
當(dāng)調(diào)用glVerex*()時(shí)，計(jì)算后的幾何頂點(diǎn)繼承了當(dāng)前邊界標(biāo)志、法線、顏色和紋理坐標(biāo)。因此，一旦定義了這些屬性，glEdgeFlag*()，glNormal*()，glColor*()和glTexCoord*()在glVertex*()前被調(diào)用。
2） 矩陣變換
在生成幀緩沖區(qū)中的圖象前，幾何頂點(diǎn)和法向量需要通過(guò)模型矩陣（modelview matrix）和投影矩陣（projection matrix）進(jìn)行矩陣變換。需要用到glMatrixMode(), glMultMatrix(), glRotate()，glTranslate()和glScale()等函數(shù)組合得到想要的變換。用glLoadMatrix() 和glLoadIdentity()可以指定單位矩陣。使用glPushMatrix() 和glPopMatrix()從各自堆棧中保存和取出模型矩陣和投影矩陣。
3）光照和顏色
除了定義顏色和法向量之外，還可以用glLight*() 和glLightModel*()設(shè)置想要的光照條件，用glMaterial*()設(shè)置想要的材質(zhì)屬性。用glShadeModel()，glFrontFace()和 glColorMaterial()控制光照的計(jì)算。
4） 生成紋理坐標(biāo)
除了精確設(shè)置紋理坐標(biāo)外，還可以用glTexGen*()自動(dòng)生成幾何頂點(diǎn)的紋理坐標(biāo)。在紋理坐標(biāo)設(shè)置或自動(dòng)生成后，需要進(jìn)行紋理矩陣變換。紋理矩陣的操作和上面其他矩陣變換的操作相同。
5） 圖元組裝
一旦這些計(jì)算都完成后，幾何頂點(diǎn)被組合為圖元（點(diǎn)，線段或多邊形）還包括幾何頂點(diǎn)的相關(guān)邊界標(biāo)志、法線、顏色和紋理坐標(biāo)。
15.5.2 圖元
在下一個(gè)處理階段中，圖元被分幾步轉(zhuǎn)換為象素片元：圖元被適當(dāng)?shù)牟眉簦伾图y理數(shù)據(jù)也相應(yīng)作出必要的調(diào)整，相關(guān)的坐標(biāo)被轉(zhuǎn)換為窗口坐標(biāo)。最后，光柵化將裁剪好的圖元轉(zhuǎn)換為象素片元。
1） 裁剪
在裁剪時(shí)點(diǎn)，線段和多邊形處理略微不同。對(duì)于點(diǎn)，要么保留原始狀態(tài)（在裁剪體內(nèi)部），要么被裁掉（在裁剪體外部）。對(duì)于線段和多邊形來(lái)說(shuō)，如果部分在裁剪體外部，則需要在裁剪點(diǎn)生成新的幾何頂點(diǎn)。對(duì)于多邊形，還需要在新增的頂點(diǎn)間增加完整的邊。不論裁剪了線段還是多邊形，都需要給新增幾何點(diǎn)賦予邊界標(biāo)志、法線、顏色和紋理坐標(biāo)信息。
裁剪過(guò)程時(shí)兩步：
a 應(yīng)用程序指定裁剪（Application-specific clipping），一旦組合圖元完成后，如果在程序中用glClipPlane()函數(shù)定義了任意的裁剪面，就進(jìn)行裁剪。
b 視景體裁剪（View volume clipping），隨后，圖元被投影矩陣投影（進(jìn)入裁剪坐標(biāo)系），被相應(yīng)的視景體裁剪。投影矩陣可以由glFrustum() 或者glOrtho()定義，投影矩陣的操作和上面其他矩陣變換的操作相同。
2） 轉(zhuǎn)換到窗口坐標(biāo)
裁剪坐標(biāo)在轉(zhuǎn)換為窗口坐標(biāo)之前，要除以規(guī)格化設(shè)備坐標(biāo)（normalized device coordinates）的w值進(jìn)行規(guī)范化。然后對(duì)這些規(guī)范化數(shù)據(jù)進(jìn)行視口變換（viewport）計(jì)算生成窗口坐標(biāo)。可以用glDepthRange()和glViewport()控制視口大小，決定屏幕上顯示圖象的區(qū)域。
3) 光柵化
光柵化是將一個(gè)圖元轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)二維圖象的過(guò)程。二維圖象上每個(gè)點(diǎn)都包含了顏色、深度和紋理數(shù)據(jù)。將該點(diǎn)和相關(guān)信息叫做一個(gè)片元（fragment）。在這個(gè)階段，對(duì)象素繪制和位圖進(jìn)行操作需要用到當(dāng)前柵格位置（用glRasterPos*()定義）。正如上面討論的，三種圖元的光柵化方法是不同的，另外，象素塊和位圖也需要光柵化。
a）圖元
采用glPointSize(), glLineWidth(), glLineStipple()和 glPolygonStipple()函數(shù)可以選擇圖元的光柵化維數(shù)和模式。另外，還可以用glCullFace(), glFrontFace()和glPolygonMode()控制多邊形正反面不同的光柵化效果。
b）象素
有幾個(gè)函數(shù)實(shí)現(xiàn)象素保存和轉(zhuǎn)換。函數(shù)glPixelStore*()用于內(nèi)存中的象素是如何保存的。glPixelTransfer*() and glPixelMap*()用于象素在寫入幀緩沖區(qū)前是如何處理的。glDrawPixels()定義了一個(gè)象素矩形。用glPixelZoom()實(shí)現(xiàn)象素的縮放。
c）位圖
位圖是具有特定片元模式的0和1的矩形。每個(gè)片元有相同的相關(guān)數(shù)據(jù)。可以用glBitmap()定義。
d）紋理存儲(chǔ)
紋理貼圖是將指定的部分紋理圖象映射到每個(gè)圖元上。每個(gè)片元（fragment）具有的紋理坐標(biāo)屬性，該坐標(biāo)與紋理圖象坐標(biāo)對(duì)應(yīng)，得到紋理圖象該位置的顏色值來(lái)修改片元的RGBA顏色，從而完成這個(gè)映射過(guò)程。用glTexImage2D()或glTexImage1D()來(lái)定義紋理圖象。glTexParameter*()和glTexEnv*()來(lái)控制紋理如何解釋和應(yīng)用到一個(gè)片元上。
e)霧
已經(jīng)光柵化的片元具有紋理貼圖修正后顏色，可以采用融合因子再融合霧顏色，該融合因子大小根據(jù)視點(diǎn)和片元間的距離來(lái)定。用glFog*()指定霧化顏色和融合因子。
15.5.3 片元
OpenGL允許光柵化生成一個(gè)片元，只要該片元通過(guò)一系列檢測(cè)就可以修改幀緩沖區(qū)中對(duì)應(yīng)象素。如果它通過(guò)測(cè)試，片元數(shù)據(jù)可以直接替換幀緩沖區(qū)中的已有值，或者和已有值合并，這取決于設(shè)置的模式。
1）象素所有權(quán)（ownership）檢測(cè)
第一個(gè)測(cè)試是判斷在幀緩沖區(qū)中的象素所對(duì)應(yīng)的某個(gè)片元是否屬于當(dāng)前OpenGL上下文。如果屬于，片元進(jìn)行下一個(gè)測(cè)試。如果不屬于，窗口系統(tǒng)決定是否忽略該片元，或者是否進(jìn)行下一步片元操作。
2）裁剪檢測(cè)
用glScissor()函數(shù)，可以定義一個(gè)任意屏幕校準(zhǔn)矩形，在該矩形外的片元將被忽略。
3）Alpha檢測(cè)
Alpha測(cè)試只能在RGBA模式下進(jìn)行，如果片元的alpha值超出一個(gè)固定參照值，片元將被忽略，這個(gè)比較函數(shù)可以用glAlphaFunc()實(shí)現(xiàn)并設(shè)定參考值。
4）模版檢測(cè)
當(dāng)模版緩沖區(qū)的值超出一個(gè)參照值，模版測(cè)試將有條件的忽略該片元。這個(gè)比較函數(shù)和固定值可以用glStencilFunc()實(shí)現(xiàn)。不論圖元通過(guò)或沒(méi)有通過(guò)模版測(cè)試，模版緩沖區(qū)中的值會(huì)根據(jù)glStencilOp()函數(shù)進(jìn)行修改。
5）深度檢測(cè)
當(dāng)深度緩沖區(qū)的值與參照值的比較失敗，深度測(cè)試忽略該片元。GlDepthFuc()用來(lái)執(zhí)行這個(gè)比較命令。如果模版啟用，深度比較的結(jié)果會(huì)影響模版緩沖區(qū)值的更新。
6）融合
融合合并了一個(gè)片元R、G、B和A值和存儲(chǔ)在幀緩沖區(qū)對(duì)應(yīng)位置的這些值。融合只能在RGBA模式下實(shí)現(xiàn)，它的實(shí)現(xiàn)需要片元的alpha值和對(duì)應(yīng)當(dāng)前存儲(chǔ)象素，還需要RGB值。用glBendFun()控制，可以修改融合因子的源和目標(biāo)。
7）抖動(dòng)
如果啟動(dòng)抖動(dòng)，片元的顏色或者顏色索引采用抖動(dòng)算法。這個(gè)算法只需要片元的顏色值和它的x和y坐標(biāo)。
8）邏輯操作
最后，在片元和幀緩沖區(qū)對(duì)應(yīng)值之間要進(jìn)行一個(gè)邏輯操作，結(jié)果將替換當(dāng)前幀緩沖區(qū)的值。用glLogicOp定義想要的邏輯操作。這個(gè)邏輯操作只能在顏色索引模式下運(yùn)行，而不能在RGBA模式運(yùn)行。
15.5.4 象素
在OpenGL流水線的上個(gè)階段，片元轉(zhuǎn)換為幀緩沖區(qū)中的象素。幀緩沖區(qū)實(shí)際上是一組邏輯緩沖區(qū)——包括顏色緩沖區(qū)、深度緩沖區(qū)、模版緩沖區(qū)和累積緩沖區(qū)。顏色緩沖區(qū)包括左、前右、后左、后右和一些輔助緩存值（auxiliary buffers）。可以直接從中讀取或者復(fù)制。對(duì)于OpenGL不同上下文，這些緩沖區(qū)可能不全
1）幀緩沖區(qū)操作
用glDrawBuffer為繪圖選擇一個(gè)顏色緩沖區(qū)。另外在預(yù)片元化（per-fragment）操作后，可以用四個(gè)不同函數(shù)保留寫入這些邏輯緩沖區(qū)的操作，glIndexMask(), glColorMask(), glDepthMask(), and glStencilMask()。glAccum()對(duì)累積緩沖區(qū)進(jìn)行操作。最后glClearColor(), glClearIndex(), glClearDepth(), glClearStencil()和glClearAccum().對(duì)不同緩沖區(qū)中指定相對(duì)應(yīng)的顏色值、顏色索引值、深度值、模板值和累積值。
2)讀取和復(fù)制象素
用glReadPixel()從幀緩沖區(qū)中把象素讀到內(nèi)存中，進(jìn)行各種操作，保存處理結(jié)果。另外，可以用glCopyPixel()從幀緩沖區(qū)中復(fù)制一塊象素到另一個(gè)幀混存。glReadBuffer()可以讀取和復(fù)制顏色緩沖區(qū)中的象素。