OpenGL是一種接口，在我們的應(yīng)用程序中可以用它來訪問或者控制它所運(yùn)行的設(shè)備的圖形子系統(tǒng)。它所運(yùn)行的設(shè)備可以從一個(gè)高端圖形工作站到商用臺(tái)式機(jī)、視頻游戲主機(jī)甚至是一臺(tái)智能手機(jī)。將這些設(shè)備的接口標(biāo)準(zhǔn)化到一個(gè)子系統(tǒng)可以增強(qiáng)移植性并且可以讓軟件開發(fā)者集中精力創(chuàng)作高品質(zhì)的產(chǎn)品、制作更有有趣的內(nèi)容以及關(guān)心他們的應(yīng)用的整體效能，而不是陷于他們想要應(yīng)用運(yùn)行的平臺(tái)的細(xì)節(jié)中。這些標(biāo)準(zhǔn)接口被稱為Apllication ProgrammingInterfaces（or APIs），OpenGL是其中之一。這一章簡(jiǎn)要介紹OpenGL，描述它如何與底層的圖形子系統(tǒng)關(guān)聯(lián)，并且提供一些OpenGL的起源和演化歷史。

　　生成一個(gè)高效能并且高容量的產(chǎn)品通常需要兩個(gè)東西：可伸縮性（scalability）和并行性（parallelism）。在工廠中，這兩個(gè)東西通過使用產(chǎn)品線（production lines）來達(dá)成。說來就是一個(gè)工人安裝汽車的引擎，另一個(gè)安裝車門，再另一個(gè)安裝車輪。通過將產(chǎn)品的生產(chǎn)階段進(jìn)行重疊，每一個(gè)階段都由一個(gè)專業(yè)的專家來專門完成這個(gè)任務(wù)，這樣每一個(gè)階段就變得更高效，然后整體生產(chǎn)效率就會(huì)提升。同樣，通過在同一時(shí)間制作很多汽車，一個(gè)工廠可以讓多個(gè)工人專門安裝引擎，或者多個(gè)工人專門安裝車輪，這樣多輛汽車可以同時(shí)運(yùn)作在產(chǎn)品線上，每輛車都處在完工的不同階段。

　　計(jì)算機(jī)圖形是同樣的道理。我們的程序發(fā)送命令給OpenGL，然后OpenGL以一種盡可能高效的方式將命令發(fā)送給底層的圖形硬件來產(chǎn)生預(yù)期的結(jié)果。在圖形硬件上可能有很多命令排隊(duì)等待執(zhí)行（專業(yè)術(shù)語稱為in flight），其中一些命令可能是完成了一部分的。一個(gè)處于后續(xù)階段的命令可以和一個(gè)處于前期階段的命令被并發(fā)執(zhí)行，這樣它們的執(zhí)行就重疊了。此外，計(jì)算機(jī)圖形通常由很多非常相似的重復(fù)性任務(wù)組成（例如計(jì)算一個(gè)像素該為什么顏色）并且這些任務(wù)都彼此獨(dú)立--意即，一個(gè)像素的顏色與另外一個(gè)像素的顏色沒有任何關(guān)系。就好像一個(gè)車間可以同時(shí)制造多個(gè)汽車，所以O(shè)penGL可以把你給他的工作拆解開然后用它的基礎(chǔ)元素并行完成。通過組合管線（pipelining）和并行（parallelism），現(xiàn)代圖形處理器超乎想象的性能就被實(shí)現(xiàn)了。

　　OpenGL的目的是在我們的應(yīng)用程序和底層的圖形子系統(tǒng)中間提供一個(gè)抽象層（abstractionlayer），圖形子系統(tǒng)通常是一個(gè)硬件加速器（由一個(gè)或多個(gè)自定義的高性能處理器和專用內(nèi)存、顯示輸出等等構(gòu)成）。這個(gè)抽象層可以使我們的應(yīng)用程序不必知曉誰是制造的圖形處理器（或者叫GPU - 圖形處理單元）、它如何工作、它工作得好不好。當(dāng)然我們的應(yīng)用程序仍然可以獲知這些信息，重要的是我們的應(yīng)用程序不必如此。作為一個(gè)設(shè)計(jì)原則，OpenGL必須在抽象層次的過高與過低之間取得平衡。一方面，它必須隱藏不同制造商的產(chǎn)品的區(qū)別（或者同一廠商的不同產(chǎn)品）和平臺(tái)相關(guān)的特性，比如：顯示屏分辨率、處理器架構(gòu)、安裝的操作系統(tǒng)等等。另一方面，它的抽象層次要低到可以讓程序員獲得底層硬件的訪問權(quán)限并且充分利用它。如果OpenGL展現(xiàn)過高的抽象層次，這樣它就可以很容易地用來創(chuàng)造符合它的樣式的程序，但卻很難使用到它未包含的圖形硬件的高級(jí)特性。這種高層次抽象的樣式有一些軟件用到，如：游戲引擎--為了讓基于它構(gòu)建的游戲訪問到新的圖形硬件特性通常需要對(duì)引擎做出很大量的改變。如果抽象層次過低，應(yīng)用程序需要關(guān)心它們所運(yùn)行的平臺(tái)的架構(gòu)特性。低層次抽象在比如視頻游戲主機(jī)中比較普遍，但這種抽象層次的圖形庫(kù)不能跨平臺(tái)支持從移動(dòng)手機(jī)到游戲的個(gè)人電腦甚至高性能專業(yè)的圖形工作站。

　　隨著技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)圖形進(jìn)行了越來越多的研究，最佳實(shí)踐被開發(fā)出來，瓶頸和需求在變化，所以O(shè)penGL也必須不斷變化趕上時(shí)代。

　　大多數(shù)OpenGL實(shí)現(xiàn)都基于當(dāng)前最先進(jìn)的圖形處理單元，可進(jìn)行多個(gè)每秒萬億次浮點(diǎn)運(yùn)算的運(yùn)算能力、擁有好多G每秒吞吐量好幾百G的內(nèi)存、并且可以驅(qū)動(dòng)多個(gè)幾百萬像素高頻刷新的顯示器。GPU也超級(jí)靈活，以至于可以處理跟圖形完全不沾邊的任務(wù)，比如：物理模擬、人工智能、甚至音頻處理。

　　如今的GPU由大量的小型可編程處理器（被稱為shader cores）組成，這些shader cores運(yùn)行一種叫做著色器（shaders）的迷你程序。每個(gè)core有相對(duì)較低的吞吐量、在一個(gè)或多個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)處理shader的一條指令，并且一般缺少高級(jí)的特性，比如： 無序執(zhí)行、分支預(yù)測(cè)、超標(biāo)量技術(shù)等等。但每個(gè)GPU都可能包含從幾十個(gè)到幾千個(gè)這樣的core，當(dāng)它們聚集在一起時(shí)可以完成一個(gè)巨量的工作。圖形系統(tǒng)被分解為多個(gè)階段（stages），每個(gè)階段被用一個(gè)shader或者固定功能函數(shù)（fixed-function）、可能可配置的處理區(qū)塊表示。圖示1.1展示了一個(gè)精簡(jiǎn)的圖形管線的概要。