OpenGL是什么
OpenGL（Open Graphics Library）是一个开放标准，被广泛应用于游戏开发、虚拟现实、科学可视化、计算机辅助设计（CAD）和其他领域。它提供了一组函数控制图形硬件，用于渲染2D和3D图形，创建各种复杂的图形效果和交互式场景。OpenGL的设计目标是提供一个高性能、可移植、灵活的图形编程接口。它可以跨平台（如Windows、MacOS和Linux）运行，并与多种编程语言（如C++、Java和Python）兼容。OpenGL官方网站：https://www.opengl.org/
与DirectX相比，OpenGL是一种跨平台的图形编程接口，而DirectX是由Microsoft开发的专用于Windows平台的图形和多媒体编程接口。
OpenGL ES（EGL, OpenGL for Embedded Systems）是OpenGL的嵌入式系统版本，专为移动设备和嵌入式系统而设计，如：智能手机、平板电脑、可穿戴设备等。
WebGL是基于OpenGL ES的一种Web标准，使用JavaScript API将OpenGL ES功能暴露给Web浏览器。允许在Web浏览器中创建交互式的图形应用程序和游戏。WebGL的设计目标是提供高性能的图形渲染功能。
Vulkan和Metal是相对较新的图形API，旨在提供更高的性能和更低的开销。DirectX和OpenGL是更成熟和广泛使用的图形API，OpenGL适用于跨平台实现图形渲染。
OpenGL功能
- 图形渲染：绘制2D和3D图形对象，并控制其位置、大小、颜色等属性。
- 纹理映射：将图像或纹理应用到图形对象的表面上，实现更加真实和细致的外观效果。
- 光照计算：模拟光源效果，实现阴影、反射和折射等真实感光照效果。
- 深度测试：确定物体的前后顺序，实现正确的遮挡和透视效果。
- 透明度处理：实现物体的半透明效果，使场景中的物体能够正确地互相交叠和混合。
- 坐标变换：提供矩阵运算和坐标变换功能，实现物体的平移、旋转、缩放等变换操作。
- 帧缓冲控制：控制帧缓冲，实现双缓冲、多重采样、后期处理等技术，提高图形渲染的效果和性能。
- 可编程着色器：OpenGL支持可编程着色器，允许自定义图形渲染的管线，实现更高级的渲染效果和算法。
- 其它特性，如多边形剪裁、模板测试、多重纹理、顶点缓冲对象（VBO）等。
OpenGL渲染步骤
通过一系列函数和命令，控制图形硬件来进行图形渲染，从而实现高性能的2D和3D图形应用程序。
- 初始化：初始化操作，包括创建OpenGL的上下文和加载相应的OpenGL函数库。
- 设置视口：视口定义了渲染结果最终显示的区域，可以是整个窗口或者窗口的一部分。
- 设置投影矩阵：投影矩阵定义了场景中的三维物体如何投影到二维屏幕上，包括透视投影和正交投影等。
- 设置模型视图矩阵：模型视图矩阵定义了场景中的物体如何相对于观察者进行变换和定位，包括平移、旋转和缩放等。
- 绘制几何图元：使用OpenGL提供的绘制函数，如glDrawArrays和glDrawElements，可以绘制各种几何图元，如点、线段、三角形等。
- 设置着色器：着色器是OpenGL中用于控制图形渲染的程序，包括顶点着色器和片段着色器。顶点着色器负责处理顶点数据，片段着色器负责处理像素数据。
- 设置纹理：通过加载纹理图像并设置纹理坐标，可以将纹理映射到几何图元上，实现物体的贴图效果。
- 光照和材质：通过设置光源和材质属性，可以模拟光照效果，使得场景中的物体呈现出逼真的光影效果。
- 渲染：通过调用渲染函数，将场景中的几何图元、纹理、光照等元素组合起来，进行渲染，并将结果显示在视口中。
三维术语
- 坐标系（Coordinate System）：在三维图形中，使用坐标系来描述和定位物体的位置和方向。常见坐标系包括世界坐标系、模型坐标系、视图坐标系和投影坐标系。
- 顶点（Vertex）：在OpenGL中，三维模型是由一系列顶点组成的。每个顶点都有自己的位置坐标、法线向量、纹理坐标等属性。
- 三角形（Triangle）：OpenGL使用三角形来构建三维模型。通过连接顶点，可以创建三角形的网格，从而构成复杂的模型。
- 着色器（Shader）：着色器是一段运行在GPU上的程序，用于控制顶点和片段的渲染过程。
- 光照（Lighting）：在OpenGL中，光照模拟了现实世界中的光照效果，通过计算光源、材质属性和法线向量等参数，确定每个像素的亮度和颜色。
- 投影（Projection）：在三维图形中，为了将三维场景投影到二维屏幕上，需要进行投影变换。
- 法线（Normal）：法线是指在三维模型的每个顶点或面上定义的垂直于表面的向量。法线在光照计算中起着重要的作用，用于确定光照的方向和强度。
- 纹理（Texture）：纹理是一张图像，可以应用到三维模型的表面上，以增加细节和真实感。
- 着色模型（Shading Model）：着色模型定义了光照如何影响三维模型的表面。
- 深度测试（Depth Testing）：用于解决物体遮挡关系，确保只有最前面的像素被绘制。
- 剪裁（Clipping）：将超出视图范围的部分裁剪掉，以提高渲染效率。
- 混合（Blending）：将多个像素的颜色进行合成，常用于实现透明效果和颜色叠加效果。
- 纹理坐标系（Texture Coordinates）：二维坐标系，用于将纹理映射到三维模型的表面上，从而实现纹理贴图效果。
- 光追（Ray Tracing）是一种用于生成逼真图像的渲染技术，它模拟了光线在场景中的传播和相互作用。
- 天空盒（Skybox）：是正方体纹理，可以实现逼真的天空、山脉、城市等背景效果，增强场景的真实感。
- 摄像机漫游（Camera Roaming）：在三维场景中通过控制摄像机的位置和方向来实现观察场景的效果。
- 骨骼动画（Skeleton Animation）：用于模拟角色或物体动态变化的技术。
OpenGL工具库
- GLFW：提供跨平台的窗口和输入管理，以及OpenGL上下文的创建和管理。
- GLEW：OpenGL扩展包装器，简化了对OpenGL扩展函数的加载和使用。
- FreeGLUT：GLUT工具库，提供窗口管理和用户输入处理等功能。
- GLM：数学库，用于矩阵、向量和变换等操作的函数，方便进行图形计算。
- SOIL：图像加载库，可用于加载纹理图像到OpenGL中。
- Assimp：模型导入库，支持多种3D模型格式，方便将外部模型导入到OpenGL应用程序中。
QT代码示例
QTSDK\Examples\Qt-5.x\opengl\textures
开发引擎
Unity：跨平台游戏开发引擎，支持DirectX、Metal、OpenGL和Vulkan图形API，具体取决于API在特定平台上的可用性。
Unreal Engine：跨平台游戏开发引擎，支持OpenGL，提供强大的图形渲染和物理模拟功能。
SDL (Simple DirectMedia Layer)：跨平台的多媒体开发框架，提供了对窗口、音频、输入和OpenGL渲染的封装。
SFML (Simple and Fast Multimedia Library)：多媒体开发框架，支持OpenGL渲染以及窗口、图形和音频等功能。
OGRE（Object-Oriented Graphics Rendering Engine): OGRE是面向游戏开发的实时图形渲染引擎，基于OpenGL/Direct3D并提供更高层次的封装。
OSG（Open Scene Graph): 类似OGRE，基于OpenGL开源跨平台的实时3D图形渲染引擎。
对于使用Unity等渲染引擎进行开发的情况，学习OpenGL不是必须的。但在自主研发的三维项目领域中，OpenGL提供丰富的功能和工具，用于跨平台的图形开发，学习OpenGL是必要的。