图形学笔记 -- Shader：OpenGL ES 与 OpenGL 的区别

Posted on March 10, 2021 (珠海)
图形学 OpenGL

工具

几个有用的工具，用来抓取图形渲染帧，在分析其它项目以及排查渲染方面的 bug 时非常有用。渲染帧抓取工具 OpenGLES 以及 shader 开发调试工具。

shader 开发编辑器 kodelife，地址：https://hexler.net/products/kodelife
shader 调试工具 GAPID，google 开源的一个项目，地址：https://github.com/google/gapid
shader 调试工具 RenderDoc，地址：https://renderdoc.org/
Adreno GPU Profiler
RenderDoc is a stand-alone graphics debugging tool.
Tegra Graphics Debugger
Intel® Graphics Performance Analyzers

shader：RenderMonkey、FX Composer、OpenGL Shader Designer
Tegra Debugger/SnapProfiler/Intel GPA
Android：PerfHUD ES（Tegra）、Adreno Profiler（Adreno）、PVRTrace（PowerVR）、Mali Graphics Debugger（Mali）
IOS：Xcode OpenGL ES Tools

GLSL Versions vs GLSL ES Versions

OpenGL ES 2.0 (ESSL #version 100)
OpenGL ES 3.0 (ESSL #version 300 es)
OpenGL 2.0 (GLSL #version 110)
OpenGL 2.1 (GLSL #version 120)
OpenGL 3.0 (GLSL #version 130)
OpenGL 3.1 (GLSL #version 140)
OpenGL 3.2 (GLSL #version 150)
OpenGL 3.3 (GLSL #version 330)

https://www.cnblogs.com/vertexshader/articles/2917540.html OpenGL 3.0 的出现改变了过去 OpenGL 一定会向下兼容的特性，在一定程度上简化了 API 的臃肿以及增加了 API 的灵活度。

3.x 开始了一种全新的工作方式，我读过各种文章和评论，它们都希望“远离已弃用的功能，例如 glBegin()，glEnd()”，但还有很多书我见过的教程都使用该方法。

从发展历程上看，OpenGL 1.0~OpenGL 1.5 是经典的固定管线时代；OpenGL 2.0~OpenGL 2.1 是固定管线和可编程管线并存的时代；OpenGL 3.0~OpenGL 4.x 开始是可编程管线崛起的时代。

GLSL Versions

from from from GLSL Versions

GLSL 语法	OpenGL 版本	Date	Shader Preprocessor
1.10.59	2.0	30 April 2004	#version 110
1.20 .8	2.1	07 September 2006	#version 120
1.30.10	3.0	22 November 2009	#version 130
1.40.08	3.1	22 November 2009	#version 140
1.50.11	3.2	04 December 2009	#version 150
3.30.6	3.3	11 March 2010	#version 330
4.00.9	4.0	24 July 2010	#version 400

GLSL ES Versions

OpenGL ES and WebGL use OpenGL ES Shading Language (abbreviated: GLSL ES or ESSL). (Android, iOS, WebGL) OpenGL 2.0（#version 110）发布于 2004 年，OpenGL 2.1（#version 120）发布于 2006 年，OpenGL ES 2.0 发布于 2009 年。

GLSL ES 语法	OpenGL ES 版本	WebGL 版本	Based on GLSL 语法	Date	Shader Preprocessor
1.00.17	2.0	1.0	1.20	12 May 2009	#version 100
3.00.6	3.0	2.0	3.30	29 January 2016	#version 300 es

Base OpenGL Versions for OpenGL ES

OpenGL ES 是从 OpenGL 裁剪定制而来的，去除了 glBegin/glEnd，四边形（GL_QUADS）、多边形（GL_POLYGONS）等复杂图元等许多非绝对必要的特性。

OpenGL ES Version	OpenGL Version
OpenGL ES 1.0	OpenGL 1.3
OpenGL ES SC 1.0	OpenGL 1.3
OpenGL ES 1.1	OpenGL 1.5
OpenGL ES 2.0	OpenGL 2.0
OpenGL ES 3.0	OpenGL 4.0+

Unity Macro	Target platform
SHADER_API_GLES	OpenGL ES 2.0
SHADER_API_GLES3	OpenGL ES 3.0/3.1

历史

1992：OpenGL1.0~OpenGL 1.5 是经典的固定管线时代；
- 顶点数组
- 显示列表
- 纹理对象
- 帧缓冲区
- 缓冲对象
2004：OpenGL 2.0~OpenGL2.1 是固定管线和可编程管线并存的时代；
- 着色语言
- 像素缓冲对象
2008：OpenGL 3.0~OpenGL4.x 开始是可编程管线崛起的时代
- 划分出 core profile 和 compatibility profile
- 帧缓冲区对象
- 几何着色器
2010：4.0
- Tessellation Shader
2003: OpenGLES 1.0 - OpenGL 1.1 固定管线
2007: OpenGLES 2.0 Programable Vertex and Fragment Shaders
2012: OpenGLES 3.0 Texture arrays, Multiple Render Targets
2014: OpenGLES 3.1 Compute Shaders
2015: OpenGLES 3.2 Tessellation and Geometry Shaders

正文

OpenGL_ES_2.x 为可编程渲染管线（Programmable）而设计。 2.x 并不向下兼容 1.x。from

OpenGL_ES_1.x 为固定渲染管线（Fixed_Function）而设计。
OpenGL_ES_2.x 为可编程渲染管线（Programmable）而设计。
- 没有 double 型数据类型，但加入了高性能的定点小数数据类型；
- 没有 glBegin/glEnd/glVertex，只能用 glDrawArrays/glDraw…；
- 没有实时将非压缩图片数据转成压缩贴图的功能，程序必须直接提供压缩好的贴图。

OpenGL ES 2.0 简单介绍 from 在线繁体字转换器 by

在 OpenGL ES 2.0 里也没有 OpenGL 的 matrix stack，程式开发者必须要自行计算投影矩阵以及各物件的 transform matrix，再传到 shader 里做计算；虽然在 GPU 端的程式是有矩阵计算的功能，但是在 CPU 端就需要自己实作矩阵计算的基本算法了。
在 OpenGL ES 里没有 glBegin() / glEnd() 这种 immediate mode 的函式，vertex 资料必须用 buffer object 或 vertex array 来处理。
取消了 GL_QUADS / GL_POLYGONS 这两种 primitive 类型。
vertex 的所有资讯（包含本身的位置、颜色、normal 等等）都变成以抽象的 vertex attrib 来处理，需要自行定义并在 vertex shader 里计算。
Lighting、material 也都是以抽象的形式，以 uniform 变数形式传进 shader 并自行计算。

数据类型

i GLint 整数型
f GLfixed 定点小数
x GLclampx 限定型定点小数

attritude：一般用于各个顶点各不相同的量。如顶点颜色、坐标等。
uniform：一般用于对于 3D 物体中所有顶点都相同的量。比如光源位置，统一变换矩阵等。
varying：表示易变量，一般用于顶点着色器传递到片元着色器的量。
const：常量。

删除的功能

glBegin/glEnd
glArrayElement
显示列表
求值器
索引色模式
自定义裁剪平面
glRect
图像处理（这个一般显卡也没有，FireGL/Quadro 显卡有）
反馈缓冲
选择缓冲
累积缓冲
边界标志
glPolygonMode
GL_QUADS, GL_QUAD_STRIP, GL_POLYGON
glPushAttrib, glPopAttrib, glPushClientAttrib, glPopClientAttrib
TEXTURE_1D、TEXTURE_3D、TEXTURE_RECT、TEXTURE_CUBE_MAP
GL_COMBINE
自动纹理坐标生成
纹理边界
GL_CLAMP、GL_CLAMP_TO_BORDER
消失纹理代表
纹理 LOD 限定
纹理偏好限定
纹理自动压缩、解压缩
glDrawPixels, glPixelTransfer, glPixelZoom
glReadBuffer, glDrawBuffer, glCopyPixels

Sample OpenGL ES 2.0

glDrawArrays 等函数中数据必须紧密排列，即间隔为 0。
各种数据的堆栈深度较低。

OpenGL based Graphics : A state machine4 It's a state machine - Setup the stage, lighting, actors… Then draw it.

Setup

Handle = get_platform_specific_window_handle();
eglGetDisplay(handle);
eglInitialize();
eglBindAPI(EGL_OPENGL_ES_API);
eglChooseConfig();
eglCreateWindowSurface();
eglCreateContex();
eglMakeCurrent();

Actors

float afVertices [] = {...};
glEnableVertexAttribArray(0);
glVertexAttribPointer(VERTEX_ARRAY, GL_FLOAT, GL_FALSE, afVertices);
glDrawArrays(GL_TRIANGLE_STRIP, 0, 4);

Show

eglSwapBuffers(eglDisplay, eglSurface);

参考资料快照

本文短链接：
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