OpenGL ES基础理论 （一） —— 缓存、帧缓存、上下文与坐标系等

Posted 2023-04-13

参考技术A 程序会将3D场景数据保存到硬件RAM中，嵌入式系统的中央处理单元有专门为其分配的RAM，在图形处理的过程中，GPU也有专门为其分配的RAM，使用现代硬件渲染3D图形的速度几乎弯完全取决于不用的内存区块被访问的方式。

先看一下下图。

OpenGL ES 是 一 种 软 件 技 术。OpenGL ES 部分运行在 CPU 上，部分运行在 GPU 上。 OpenGL ES 横跨在两个处理器之间，协调两个内存区域之间的数据交换。上图中箭头代表了与3D渲染相关硬件组件之间的数据交换，每个箭头也代表着一个渲染性能的瓶颈。

从一个内存区域复制数据到另一个内存区域速度是相对较慢的。更糟糕的是，除非非常小心，在内存复制发生的时候 GPU 和 CPU 都不能把内存另作它用。因此内存区域之间的数据交换需要尽量避免。

最新的 OpenGL ES 为了支持新改进的方法抛弃了对于旧式的低效的内存复制操作的支持。

OpenGL ES 为两个内存区域间的数据交换定义了 缓存(buffers) 的概念。缓存是指图形处理器能够控制和管理的连续 RAM。程序从 CPU 的内存复制数据到 OpenGL ES 的缓存。在 GPU 取得一个缓存的所有权以后，运行在 CPU 中的程序理想情况下将不 再接触这个缓存。通过控制独占的缓存，GPU 就能够尽可能以最有效的方式读写内存。 图形处理器把它处理大量数据的能力异步同时地应用到缓存上，这意味着在 GPU 使用 缓存中的数据工作的同时，运行在 CPU 中的程序可以继续执行。

几乎所有的程序提供给GPU的数据都应该放入缓存中，为缓存提供数据，需要如下7个步骤：

理想情况下，每个生成的缓存都可以使用一个相当长的时间。下面看一下上面几个步骤的OpenGL ES的C语言函数的实现。

GPU 需要知道应该在内存中的哪个位置存储渲染出来的 2D 图像像素数据。就像 为 GPU 提供数据的缓存一样，接收渲染结果的缓冲区叫做帧缓存 (frame buffer) 。程 序会像任何其他种类的缓存一样生成、绑定、删除帧缓存。但是帧缓存不需要初始 化，因为渲染指令会在适当的时候替换缓存的内容。帧缓存会在被绑定的时候隐式开 启，同时 OpenGL ES 会自动地根据特定平台的硬件配置和功能来设置数据的类型和偏移。

可以同时存在很多帧缓存，并且可以通过 OpenGL ES 让 GPU 把渲染结果存储到 任意数量的帧缓存中。但是，屏幕显示像素要受到保存在前帧缓存 (front frame buffer) 的特定帧缓存中的像素颜色元素的控制。程序和操作系统很少会直接渲染到前帧缓存中，因为那样会让用户看到正在渲染中的还没渲染完成的图像。相反，程序和操作系统 会把渲染结果保存到包括后帧缓存 (back frame buffer) 在内的其他帧缓存中。当渲染后的后帧缓存包含一个完成的图像时，前帧缓存与后帧缓存几乎会瞬间切换。后帧缓存会变成新的前帧缓存，同时旧的前帧缓存会变成后帧缓存。

用于配置 OpenGL ES 的保存在特定平台的软件数据结构中的信息会被封装到一个 OpenGL ES 上下文(context)中。上下文中的 信息可能会被保存在 CPU 所控制的内存中，也可能会被保存在 GPU 所控制的内存中。 OpenGL ES 会按需在两个内存区域之间复制信息，知道何时发生复制有助于程序的优化。

OpenGL ES 总是开始于一个矩 形的笛卡儿坐标系，如下图所示。

OpenGL ES 坐标是以浮点数来存储的。现代 GPU 对浮点运算做了专门的优化，即 使是使用其他数据类型的顶点也会被转换成浮点值。

来自 OpenGL ES 帧缓冲区 (iOS) 的 CGImageRef

【中文标题】来自 OpenGL ES 帧缓冲区 (iOS) 的 CGImageRef

【英文标题】：CGImageRef from OpenGL ES framebuffer (iOS)

【发布时间】：2011-09-09 22:19:50

【问题描述】：

如何使用 glReadPixels 从 EAGLView 的帧缓冲区内容有效创建 CGImageRef？也许我可以“直接渲染到纹理”？

我对 OpenGL ES 比较陌生，因此非常感谢任何帮助！

【参考方案1】：

glReadPixels 函数非常昂贵...如果您想渲染到纹理，可以查看：

iPhone post-processing with a single FBO with Opengl ES 2.0? Rendering to texture on iOS OpenGL ES—works on simulator, but not on device Writing to then reading from an offscreen FBO on iPhone; works on simulator but not on device?（答案在问题的末尾...） http://developer.apple.com/library/ios/#qa/qa1704/_index.html http://www.visualnewt.com/OpenGL/learning_iphones_opengl_es/ http://www.khronos.org/opengles/sdk/docs/man/xhtml/glCopyTexImage2D.xml

有关 iOS 上 OpenGL ES 的参考，请参阅http://developer.apple.com/library/ios/#documentation/3DDrawing/Conceptual/OpenGLES_ProgrammingGuide/Glossary/Glossary.html