Opengl es 2.0實現了可程式設計的圖形管線，比起1.x的固定管線要複雜和靈活很多，由兩部分規範組成：Opengl es 2.0 API規範和Opengl es著色語言規範。下圖是Opengl es 2.0渲染管線，陰影部分是opengl es 2.0的可程式設計階段。

1. 頂點著色器(VertexShader) 頂點著色器對頂點實現了一種通用的可程式設計方法。 頂點著色器的輸入資料由下面組成： Attributes：使用頂點陣列封裝每個頂點的資料，一般用於每個頂點都各不相同的變數，如頂點位置、顏色等。 Uniforms：頂點著色器使用的常量資料，不能被著色器修改，一般用於對同一組頂點組成的單個3D物體中所有頂點都相同的變數，如當前光源的位置。 Samplers：這個是可選的，一種特殊的uniforms，表示頂點著色器使用的紋理。 Shader program：頂點著色器的原始碼或可執行檔案，描述了將對頂點執行的操作。 頂點著色器的輸出資料是varying變數，在圖元光柵化階段，這些varying值為每個生成的片元進行計算，並將結果作為片元著色器的輸入資料。從分配給每個頂點的原始varying值來為每個片元生成一個varying值的機制叫做插值。 頂點著色器資料的輸入和輸出可以參考下圖： 頂點著色器可用於傳統的基於頂點的操作，例如：基於矩陣變換位置，進行光照計算來生成每個頂點的顏色，生成或者變換紋理座標。 另外因為頂點著色器是由應用程式指定的，所以你可以用來進行任意自定義的頂點變換。

下面是一個用opengl es著色器語言編寫的頂點著色器原始碼，這個頂點著色器使用一個position和跟它相關聯的color資料作為輸入資料，通過一個4×4矩陣變換位置，然後輸出變換後的位置和顏色資料。

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1. // uniforms used by the vertex shader 2. uniform mat4 u_mvpMatrix; // matrix to convert P from model 3. // space to normalized device space. 4. 5. // attributes input to the vertex shader 6. attribute vec4 a_position; // position value 7. attribute vec4 a_color; // input vertex color 8. 9. // varying variables – input to the fragment shader 10. varying vec4 v_color; // output vertex color 11. 12. void 13. main() 14. { 15. v_color = a_color; 16. gl_Position = u_mvpMatrix * a_position; 17. }

第2行程式碼定義了一個uniform變數u_mvpMatrix，mat4表示4×4浮點數矩陣，該變數儲存了組合模型檢視和投影矩陣。6和7行程式碼定義了頂點著色器的輸入資料：Attributes，vec4表示包含了4個浮點數的向量，a_position是頂點位置屬性，a_color是頂點顏色屬性。第10行程式碼定義了varying型別的變數v_color，varying是用於從頂點著色器傳遞到片元著色器的變數，v_color是頂點著色器的輸出資料，儲存了每個頂點的顏色。12-17行的main函式是頂點著色器和片元著色器的入口，第15行讀取了頂點著色器輸入屬性中a_color的值，並把它賦值給輸出資料v_color，第16行的gl_Position 是內建的varying變數，不需要宣告，頂點著色器必須把變換後的位置賦值給它。

2.圖元裝配(Primitive Assembly)
頂點著色器之後，渲染流水線的下一個階段是圖元裝配，圖元是一個能用opengl es繪圖命令繪製的幾何體，繪圖命令指定了一組頂點屬性，描述了圖元的幾何形狀和圖元型別。頂點著色器使用這些頂點屬性計算頂點的位置、顏色以及紋理座標，這樣才能傳到片元著色器。在圖元裝配階段，這些著色器處理過的頂點被組裝到一個個獨立的幾何圖元中，例如三角形、線、點精靈。對於每個圖元，必須確定它是否位於視椎體內(3維空間顯示在螢幕上的可見區域)，如果圖元部分在視椎體中，需要進行裁剪，如果圖元全部在視椎體外，則直接丟棄圖元。裁剪之後，頂點位置轉換成了螢幕座標。背面剔除操作也會執行，它根據圖元是正面還是背面，如果是背面則丟棄該圖元。經過裁剪和背面剔除操作後，就進入渲染流水線的下一個階段：光柵化。

3. 光柵化(Rasterization)
光柵化階段把圖元轉換成片元集合，之後會提交給片元著色器處理，這些片元集合表示可以被繪製到螢幕的畫素。如下圖所示：

4. 片元著色器(FragmentShader) 片元著色器對片元實現了一種通用的可程式設計方法，它對光柵化階段產生的每個片元進行操作，需要的輸入資料如下： Varying variables：頂點著色器輸出的varying變數經過光柵化插值計算後產生的作用於每個片元的值。 Uniforms：片元著色器使用的常量資料 Samplers：一種特殊的uniforms，表示片元著色器使用的紋理。 Shader program：片元著色器的原始碼或可執行檔案，描述了將對片元執行的操作。 片元著色器也可以丟棄片元或者為片元生成一個顏色值，儲存到內建變數gl_FragColor。光柵化階段產生的顏色、深度、模板和螢幕座標(Xw, Yw)成為流水線中pre-fragment階段(FragmentShader之後)的輸入。如下圖：

下面是一個簡單的片元著色器原始碼，可以跟上面的頂點著色器原始碼結合繪製一個高洛德著色的三角形。

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1. precision mediump float; 2. 3. varying vec4 v_color; // input vertex color from vertex shader 4. 5. 6. void 7. main(void) 8. { 9. gl_FragColor = v_color; 10.}

第1行程式碼設定預設的精度修飾符，有highp、mediump、lowp，這個後面再詳細解釋。第3行程式碼定義了片元著色器的輸入資料，頂點著色器必須賦值給片元著色器一組一樣的varying變數。注意：gl_FragColor是片元著色器唯一的輸出，第9行程式碼把輸入資料v_color賦值給gl_FragColor。

5. 逐個片元操作階段(Per-Fragment Operations)
片元著色器之後就是逐個片元操作階段，包括一系列的測試階段。一個光柵化階段產生的具有螢幕座標(Xw, Yw)的片元，只能修改framebuffer(幀緩衝)中位置在(Xw, Yw)的畫素。下圖是Opengl es 2.0逐片元操作的過程：

Pixel ownership test：畫素所有權測試決定framebuffer中某一個(Xw, Yw)位置的畫素是否屬於當前Opengl ES的context，比如：如果一個Opengl ES幀緩衝視窗被其他視窗遮住了，視窗系統將決定被遮住的畫素不屬於當前Opengl ES的context，因此也就不會被顯示。
Scissor test：裁剪測試決定位置為(Xw, Yw)的片元是否位於裁剪矩形內，如果不在，則被丟棄。
Stencil and depth tests：模板和深度測試傳入片元的模板和深度值，決定是否丟棄片元。
Blending：將新產生的片元顏色值和framebuffer中某個(Xw, Yw)位置儲存的顏色值進行混合。
Dithering：抖動可以用來最大限度的減少使用有限精度儲存顏色值到framebuffer的工件。
逐片元操作之後，片元要麼被丟棄，要麼一個片元的顏色，深度或者模板值被寫入到framebuffer的(Xw, Yw)位置，不過是否真的會寫入還得依賴於write masks啟用與否。write masks能更好的控制顏色、深度和模板值寫入到合適的緩衝區。例如：顏色緩衝區中的write mask可以被設定成沒有紅色值寫入到顏色緩衝區。另外，Opengl ES 2.0提供從framebuffer中獲取畫素的介面，不過需要記住的是畫素只能從顏色緩衝區讀回，深度和模板值不能讀回。

注意：Opengl ES 2.0 的Per-Fragment Operations已經不再支援Alpha test 和 LogicOp了，這兩個步驟在 OpenGL 2.0 和 OpenGL ES 1.x中是存在的。Alpha test 階段不再需要的原因是片元著色器可以丟棄片元，所以可以在片元著色器中執行Alpha test。 LogicOp因為很少使用，所以不再支援了。