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

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。

  1. shader 开发编辑器 kodelife,地址:https://hexler.net/products/kodelife
  2. shader 调试工具 GAPID,google 开源的一个项目,地址:https://github.com/google/gapid
  3. shader 调试工具 RenderDoc,地址:https://renderdoc.org/
  4. Adreno GPU Profiler
  5. RenderDoc is a stand-alone graphics debugging tool.
  6. Tegra Graphics Debugger
  7. 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 / OpenGL ES Reference Compiler

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)

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

  1. 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。
  2. 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。
  3. 取消了 GL_QUADS / GL_POLYGONS 这两种 primitive 类型。
  4. 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。
  5. 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

  1. i GLint 整数型
  2. f GLfixed 定点小数
  3. 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

  1. glBegin/glEnd
  2. glArrayElement
  3. 显示列表
  4. 求值器
  5. 索引色模式
  6. 自定义裁剪平面
  7. glRect
  8. 图像处理(这个一般显卡也没有,FireGL/Quadro 显卡有)
  9. 反馈缓冲
  10. 选择缓冲
  11. 累积缓冲
  12. 边界标志
  13. glPolygonMode
  14. GL_QUADS, GL_QUAD_STRIP, GL_POLYGON
  15. glPushAttrib, glPopAttrib, glPushClientAttrib, glPopClientAttrib
  16. TEXTURE_1D、TEXTURE_3D、TEXTURE_RECT、TEXTURE_CUBE_MAP
  17. GL_COMBINE
  18. 自动纹理坐标生成
  19. 纹理边界
  20. GL_CLAMP、GL_CLAMP_TO_BORDER
  21. 消失纹理代表
  22. 纹理 LOD 限定
  23. 纹理偏好限定
  24. 纹理自动压缩、解压缩
  25. glDrawPixels, glPixelTransfer, glPixelZoom
  26. glReadBuffer, glDrawBuffer, glCopyPixels

Sample OpenGL ES 2.0

  1. glDrawArrays 等函数中数据必须紧密排列,即间隔为 0。
  2. 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
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