一文了解 OpenGL ES
OpenGL ES（OpenGL for Embedded Systems） 是一種免費的跨平臺3D圖形 API介面，其適用於低功耗裝置，可用於嵌入式裝置和移動裝置（包括手機、車載大屏 和嵌入式電器終端裝置）上渲染高效的 2D 、 3D 圖形。
其由OpenGL（Open Graphics Library）針對嵌入式裝置裁剪而來，去除了OpenGL中許多不是必須冗餘特性，比如：GL_QUADS(四邊形)、GL_POLYGONS(多邊形)繪製模式、glBegin(開始)/glEnd(結束)等特性。
OpenGL ES API介面由 Khronos 組織定義並推廣（Khronos 是一個圖形軟硬體行業協會，致力於為這些 API 建立免費的開發標準），對於OpenGL ES Khronos的官方的描述如下：
OpenGL® ES is a royalty-free, cross-platform API for rendering advanced 2D and 3D graphics on embedded and mobile systems - including consoles, phones, appliances and vehicles. It consists of a well-defined subset of desktop OpenGL suitable for low-power devices, and provides a flexible and powerful interface between software and graphics acceleration hardware.
經過多年的發展，目前OpenGL ES主要分為以下幾個主要的版本：。
- 採用
固定渲染管線的 OpenGL ES 1.x (主要包括1.0與1.1)：
固定渲染管線，可以由硬體GPU支援或由軟體模擬GPU進行圖形渲染，其渲染能力有限。特別是在不包含GPU的終端裝置上，由軟體模擬GPU進行圖形渲染，其渲染效能也較弱（早期的Android裝置「2010年以前的Android裝置」，部分裝置中是不包含GPU硬體的，其圖形渲染工作由軟體模擬經CPU計算來完成）。 - 採用
可程式設計渲染管線OpenGL ES 2.x、3.x：
從OpenGL ES 2.0開始，OpenGL ES引入了可程式設計渲染管線，渲染能力得到了很大的提升（同時可程式設計渲染管線，也對終端硬體裝置提出了要求，終端硬體裝置中必須有相應的GPU硬體單元）。
OpenGL ES 3.0向後相容OpenGL 2.0，也就是說 為OpenGL 2.0編寫的應用程式在OpenGL ES 3.0中可以繼續執行。
一、OpenGL ES與OpenGL對應關係
OpenGL ES由OpenGL裁剪而來，因此有必要了解一下兩者的對應關係。關於OpenGL ES與OpenGL的各版本的對應關係，我做了如下表格。
| OpenGL ES Version | OpenGL Version |
|---|---|
| OpenGL ES 1.0 | OpenGL 1.3 |
| OpenGL ES 1.1 | OpenGL 1.5 |
| OpenGL ES 2.0 | OpenGL 2.0 |
| OpenGL ES 3.0 | OpenGL 3.3 |
| OpenGL ES 3.x | OpenGL 4.x |
- OpenGL ES 1.0 與 OpenGL ES 1.1（合稱OpenGL ES 1.x）分別從OpenGL 1.3與OpenGL 1.5規範衍生而來。
OpenGL ES 1.x採用固定渲染管線，渲染能力有限。 - OpenGL ES 2.0 從 OpenGL 2.0 規範衍生而來。
OpenGL ES 2.0開始採用可程式設計渲染管線，其渲染能力大大提高。 - OpenGL ES 3.0 從 OpenGL 3.3 規範衍生而來。
OpenGL ES 3.x 規範同樣採用的可程式設計渲染管線，同時引入了陰影貼圖、體渲染、基於GPU的粒子動畫、紋理壓縮、變化反饋等重要功能。 - OpenGL ES 3.x 基於 OpenGL 4.x 規範衍生而來。
OpenGL ES 3.x 向下相容 OpenGL ES 3.0/2.0 規範。
二、Android中OpenGL ES的支援
目前khronos官方網站中，最新的OpenGL ES版本為 OpenGL ES3.2。而移動作業系統Android早在Android 7.0（API 24）已經完成OpenGL ES 3.2相關API的支援。
Khronos目前已經發布的OpenGL ES版本如下：
Android各版本對OpenGL ES的支援情況，我做了如下表格，供大家參考：
| OpenGL ES Version | Android 引入版本 | 引入大致時間 |
|---|---|---|
| OpenGL ES 1.x | Android 1.6（API 4） | 2009.09 |
| OpenGL ES 2.0 | Android 2.2.3（API 8） | 2011.09 |
| OpenGL ES 3.0 | Android 4.4（API 19） | 2013.10 |
| OpenGL ES 3.1 | Android 5.0（API 21） | 2014.09 |
| OpenGL ES 3.2 | Android 7.0（API 24） | 2016.17 |
- Android 早在Android 1.6（API 4）已經支援OpenGL ES 1.x；
- Android 在Android 2.2.3（API 8）引入OpenGL ES 2.0支援；
- Android 在Android 4.4（API 19）引入了OpenGL ES 3.0支援；
- Android 在Android 5.0（API 21）引入了OpenGL ES 3.1支援；
- Android 7.0（API 24）引入了OpenGL ES 3.2支援；
三、OpenGL ES渲染初探
OpenGL ES 構建的三維空間，其中的三維實體由許多的三角形拼接構成。
如下圖左側所示的三維實體圓錐，其由許多三角形按照一定規律拼接構成。而組成圓錐的每一個三角形，其任意一個頂點由三維空間中 x、y、z 三個座標分量來定義。
對於我們日常使用的移動手持裝置，手機螢幕視窗由不連續的有限的二維畫素小格子構成的，每一個畫素格子有x、y兩個分量來定義。
因此在OpenGL ES繪製流程中，其主要工作是將三維空間中的座標點(x,y,z)構成的三維圖形，轉化為手機螢幕上的二維畫素點。
這個轉化過程主要分為兩個步驟：
- 一個是頂點的變換；
三維空間中的實體，經過各種變換(主要是通過矩陣相乘進行座標系的變換)，變為可投影在二維平面上的有限的畫素點資料； - 二是渲染著色；
根據傳入的頂點顏色資料或圖片紋理資料，將相應的顏色對應到相應的畫素點。
在OpenGL ES中，其大概的繪製流程如下圖所示：
- 資料分組
這一階段是OpenGL ES中資料基本處理階段，對三維空間中物體的頂點座標、頂點對應的顏色資料進行一個基本處理，並且指定三維實體的繪製方式為三角形繪製。 - 組裝三角形
這一階段按上一步指定的繪製方式，將三維頂點資料組裝成一個三角形實體圖元。 - 剪裁
可以理解為將位於視野外的三角形部分排除掉，類似於人眼視角以外的部分排除掉，從而減少不比較的渲染繪製工作。經過剪裁後的三角形，可能會增加頂點資料。 - 光柵化
光柵化是將三維空間的三角形圖形，柵格化為手機二維螢幕上的一個個畫素點。將由三維頂點資訊組成的三角形圖元，柵格化為由許多畫素點構成的二維影象 - 著色
根據傳入的頂點顏色資料或圖片紋理資料，將相應的顏色對應到相應的畫素點。 - 顏色混合
如若存在多個三維實體，每個三維實體的顏色各有不同，其重疊部分的顏色是兩個或者多個顏色疊加而成。
注：
*對於以上OpenGL ES的繪製流程，這裡僅是做一個初步的介紹。詳細瞭解OpenGL ES繪製流程，可檢視 *《一文讀懂OpenGL ES 2.x 渲染流程》：
https://xiaxl.blog.csdn.net/article/details/119960657
三、參考
《OpenGL ES 3.0程式設計指南》
《OpenGL ES 3.x遊戲開發》
khronos：
https://www.khronos.org
維基百科 OpenGL：
https://zh.wikipedia.org/wiki/OpenGL
learnopengl：
https://learnopengl-cn.github.io/01%20Getting%20started/01%20OpenGL/
gl_pipeline：
http://www.songho.ca/opengl/gl_pipeline.html