图形渲染管线

图形渲染管线（Graphics Pipeline）指的是完成将3D场景转化为最终在屏幕上显示的2D图像的过程。图形渲染管线分为两个主要阶段：几何渲染阶段和光栅化阶段。

几何渲染阶段

几何数据输入：3D场景中的模型、相机、灯光等数据被输入到渲染管线中。

顶点着色器（Vertex Shader）：对输入的3D模型的顶点进行变换、投影和裁剪等操作，将其转换到屏幕空间。

图元装配（Primitive Assembly）：将顶点组装成基本的图元，如点、线段或三角形。

几何着色器（Geometry Shader，可选）：在一些现代的图形渲染管线中，可以使用几何着色器进一步处理图元，如生成新的几何图元或对现有图元进行变换。

面剔除（Face Culling，可选）：根据需要，可以剔除不可见的面，以提高渲染性能。

光栅化阶段

光栅化（Rasterization）：将图元转换为屏幕上对应的像素点，并生成片元（Fragment）。

片元处理（Pixel Processing）：对每个片元进行插值、纹理采样、光照计算等处理。

片段着色器（Fragment Shader）：对每个像素执行着色操作，确定最终像素的颜色和特性。

深度测试（Depth Testing）：根据深度值来确定像素是否可见，遮挡面会被丢弃。

帧缓冲输出：最终渲染结果会输出到帧缓冲（Frame Buffer），并在屏幕上显示。

着色器

着色器（Shader）是一种特殊程序，用于描述在图形渲染管线的不同阶段对图形数据的处理和着色过程。着色器主要用于在GPU（图形处理单元）上执行高度并行的图形计算，从而实现对3D场景中的几何对象和图像的渲染、着色和效果处理。着色器主要分为顶点着色器、几何着色器、片段着色器（也叫像素着色器）三个类型。在OpenGL中，着色器是用OpenGL着色器语言(OpenGL Shading Language, GLSL)写成的。

在OpenGL中，我们必须定义至少一个顶点着色器和一个片段着色器（因为GPU中没有默认的顶点/片段着色器）。

顶点

OpenGL中，一个顶点（Vertex）是一个3D坐标的数据的集合。顶点属性（Vertex Attribute）是指一组用于描述顶点的各个特征属性的数据，每个顶点可以具有多个属性，例如位置、颜色、法线方向、纹理坐标等。一系列顶点的集合称为顶点数据（Vertex Data），它是由顶点属性表示的。通常，顶点属性/数据会以数组的形式传递给OpenGL，并且每个数组元素对应一个顶点的所有属性值。在渲染过程中，OpenGL会按顶点的顺序来使用这些属性，从而构建出图形模型。

由于OpenGL是一个3D图形库，所以在OpenGL中我们指定的所有坐标都是3D坐标（x、y和z），并且仅当x、y、z都在-1.0到1.0的范围内时才处理它。所有在这个范围内的坐标叫做标准化设备坐标(Normalized Device Coordinates)，此范围内的坐标最终显示在屏幕上（在这个范围以外的坐标则不会显示）。

假设我们需要渲染一个三角形，我们一共要指定三个顶点，并把它们放在一个数组中。

定义这样的顶点数据以后，我们会把它发送给顶点着色器。它会在GPU上创建内存用于储存这些顶点数据。我们通过顶点缓冲对象（Vertex Buffer Objects, VBO）管理这块内存。而VBO需要调用函数glGenBuffers()来生成。glGenBuffers的作用是在显存中分配一块缓冲区，并返回一个唯一的标识符。这个标识符在OpenGL上下文中是唯一的，当不再使用它时，应调用函数glDeleteBuffers()释放相应的资源。

调用glGenBuffers：

OpenGL中有很多用于绑定缓冲数据的缓冲对象类型，其中用于绑定顶点数据的是GL_ARRAY_BUFFER。OpenGL允许同时绑定多个缓冲，只要它们是不同的缓冲类型。绑定缓冲使用函数glBindBuffer()。

我们可以把刚刚创建的VBO绑定到对应的类型上：

调用glBindBuffer后，在对应目标（GL_ARRAY_BUFFER）上的所有操作都将影响到当前绑定的缓冲对象（VBO）。

注意：OpenGL是一个状态机，因此一旦将缓冲对象绑定到目标上，除非显式绑定其他缓冲对象或者解绑，该缓冲对象会一直保持绑定状态，即使在不同的绘制调用中也有效。

接下来我们调用函数glBufferData()，用来把用户定义的数据复制到当前绑定缓冲。

它的第一个参数是缓冲对象类型，第二个指定传输数据的大小(以字节为单位)，第三个是实际发送的数据，第四个指定缓冲区的使用方式，例如GL_STATIC_DRAW表示缓冲区将被写入一次，但要被绘制多次。

我们把之前创建的顶点数据传入到缓冲中：

至此我们已经把顶点数据储存在了显存中。