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OpenGL学习笔记(四)：了解OpenGL、OpenGL的操作模式、特性和基本使用步骤

前话

       OpenGL是一个图形API，并不是一个独立的平台，它需要一个编程语言来工作，在这里我们使用的是C++。

       将用到一些数学知识（线性代数、几何、三角学），会详细解说所有的必备的数学概念。

       教程主要使用Learnoepngl-cn，地址为: https://learnopengl-cn.github.io/intro，笔记将会写一部分笔者总结和摘抄一些教程关键部分总结，并对代码进行详的注释，并添加笔者从其他途径获取的一些补充资料，尽量让笔记浅显易懂并记录相关关键信息。

概念

       OpenGL一般被认为是一个API(ApplicationProgramming 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)。

       OpenGL规范严格规定了每个函数该如何执行，以及它们的输出值。至于内部具体每个函数是如何实现(Implement)的，将由OpenGL库的开发者自行决定（译注：这里开发者是指编写OpenGL库的人）。因为OpenGL规范并没有规定实现的细节，具体的OpenGL库允许使用不同的实现，只要其功能和结果与规范相匹配（亦即，作为用户不会感受到功能上的差异）。

       实际的OpenGL库的开发者通常是显卡的生产商。你购买的显卡所支持的OpenGL版本都为这个系列的显卡专门开发的。当你使用Apple系统的时候，OpenGL库是由Apple自身维护的。在Linux下，有显卡生产商提供的OpenGL库，也有一些爱好者改编的版本。这也意味着任何时候OpenGL库表现的行为与规范规定的不一致时，基本都是库的开发者留下的bug。

核心模式与立即渲染模式

       早期的OpenGL使用立即渲染模式（Immediatemode，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，开发者很少能控制OpenGL如何进行计算的自由。立即渲染模式确实容易使用和理解，但是效率太低。

       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。

       当使用新版本的OpenGL特性时，只有新一代的显卡能够支持你的应用程序。这也是为什么大多数开发者基于较低版本的OpenGL编写程序，并只提供选项启用新版本的特性。

特性

拓展

       当一个显卡公司提出一个新特性或者渲染上的大优化，通常会以扩展的方式在驱动中实现。如果一个程序在支持这个扩展的显卡上运行，开发者可以使用这个扩展提供的一些更先进更有效的图形功能。通过这种方式，开发者不必等待一个新的OpenGL规范面世，就可以使用这些新的渲染特性了，只需要简单地检查一下显卡是否支持此扩展。通常，当一个扩展非常流行或者非常有用的时候，它将最终成为未来的OpenGL规范的一部分。使用扩展的代码大多看上去如下：

if(GL_ARB_extension_name) 
{
// 使用硬件支持的全新的现代特性 
} else
{
 // 不支持此扩展: 用旧的方式去做 
}

状态机

       OpenGL自身是一个巨大的状态机(State Machine)：一系列的变量描述OpenGL此刻应当如何运行。OpenGL的状态通常被称为OpenGL上下文(Context)。我们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。

       当使用OpenGL的时候，我们会遇到一些状态设置函数(State-changingFunction)，这类函数将会改变上下文。以及状态使用函数(State-usingFunction)，这类函数会根据当前OpenGL的状态执行一些操作。只要记住OpenGL本质上是个大状态机，就能更容易理解它的大部分特性。

对象

       OpenGL库是用C语言写的，同时也支持多种语言的派生，但其内核仍是一个C库。由于C的一些语言结构不易被翻译到其它的高级语言，因此OpenGL开发的时候引入了一些抽象层。“对象(Object)”就是其中一个。

       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。可以把对象看做一个C风格的结构体(Struct)：

struct object_name 
{ 
GLgloat option1; 
GLint option2; 
GLbyte[] name; 
};

       使用OpenGL的类型的好处是保证了在各平台中每一种类型的大小都是统一的。

       当我们使用一个对象时，通常看起来像如下一样（把OpenGL上下文看作一个大的结构体）：

// OpenGL的状态 
struct OpenGL_Context 
{ 
... 
object* object_Window_Target; 
... 
};

绑定过程

// 步骤一：创建对象 
unsigned int objectId = 0; 
// 步骤二：用一个id保存它的引用
glGenObject(1, &objectId); 
// 步骤三：绑定对象至上下文的目标位置
glBindObject(GL_WINDOW_TARGET, objectId); 
// 步骤四：设置窗口选项 
glSetObjectOption(GL_WINDOW_TARGET, GL_OPTION_WINDOW_WIDTH, 800);
glSetObjectOption(GL_WINDOW_TARGET, GL_OPTION_WINDOW_HEIGHT, 600);
// 步骤五：将目标位置的对象id设回0，解绑这个对象
glBindObject(GL_WINDOW_TARGET, 0);

       这一小段代码展现了使用OpenGL时常见的工作流。

• 步骤一：首先创建一个对象。
• 步骤二：用一个id保存它的引用（实际数据被储存在后台）。
• 步骤三：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）。
• 步骤四：设置窗口的选项。
• 步骤五：将目标位置的对象id设回0，解绑这个对象。

       注意：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。

       使用对象的好处：我们可以定义多个对象，并分别设置它们，执行一个状态时，可绑定需要的对象，当状态改变需要绘制一个或多个模型时，只需要将其绑定到目标状态中即可，不要在重复设置选项了。

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