Что такое opengl и для чего он нужен
Урок №1. Что такое OpenGL?
Обновл. 30 Окт 2021 |
Перед началом нашего путешествия мы должны определиться с тем, что такое OpenGL.
Что такое OpenGL?
OpenGL (англ. «Open Graphics Library») рассматривается как API (англ. «Application Programming Interface» = «Интерфейс прикладного программирования»), предоставляющий большой набор функций, которые мы можем использовать для управления графикой и изображениями. Если конкретнее, то OpenGL является спецификацией, разработанной и поддерживаемой Khronos Group.
Спецификация OpenGL определяет, каким должен быть результат/вывод каждой функции, и как она должна выполняться. А вот реализация этой спецификации уже зависит от конкретных разработчиков. Поскольку спецификация OpenGL не предоставляет нам подробностей реализации, то, фактически, разработанные версии OpenGL могут иметь разные реализации до тех пор, пока их результаты соответствуют спецификации (и, следовательно, являются одинаковыми для пользователя).
Люди, разрабатывающие библиотеки OpenGL, обычно являются производителями видеокарт. Каждая приобретаемая вами видеокарта поддерживает определенные версии OpenGL, разработанные специально под эту линейку видеокарт. При использовании программного обеспечения от Apple библиотека OpenGL поддерживается, собственно, разработчиками Apple, а в Linux существует целый набор версий графических поставщиков и адаптации от опенсорс-сообщества этих библиотек. Это также означает, что всякий раз, когда OpenGL демонстрирует странное поведение, которого не должно быть, то это, скорее всего, вина производителей видеокарт (или тех, кто разрабатывал/поддерживает эту библиотеку).
Поскольку большинство реализаций OpenGL созданы производителями видеокарт, то всякий раз, когда находится баг в реализации, это обычно решается обновлением драйверов вашей видеокарты. Эти драйверы включают в себя последние версии OpenGL, которые поддерживает ваша видеокарта. Это одна из основных причин, по которой всегда рекомендуется обновлять графические драйверы.
Khronos публично размещает все спецификации документов для всех версий OpenGL. Заинтересованный читатель может посмотреть спецификацию OpenGL версии 3.3 (которую мы и будем использовать) здесь, где он сможет углубиться в детали OpenGL (обратите внимание, что в данной спецификации в основном просто описываются результаты, а не реализации). Эта спецификация также предоставляет отличную справочную информацию для понимания того, какой результат выполнения функций должен быть.
Core-profile vs. Непосредственный режим
В старые времена использование OpenGL означало разработку в непосредственном режиме (так называемом «конвейере фиксированных функций»), который был простым в использовании методом для рисования графики. Большая часть функционала OpenGL была скрыта внутри библиотеки, и разработчики не имели контроля над тем, как OpenGL выполняет свои вычисления. Поскольку разработчики жаждали большей гибкости, то со временем спецификации стали более гибкими; разработчики получили больше контроля над своей графикой. Непосредственный режим действительно прост в использовании и понимании, но он также крайне неэффективен. По этой причине, начиная со спецификации версии 3.2, функционал непосредственного режима начали считать устаревшим, мотивируя тем самым разработчиков перейти на разработку в режиме core-profile, который является разделом спецификации OpenGL с полностью удаленным устаревшим функционалом.
Используя режим core-profile, OpenGL заставляет нас применять современные техники. Всякий раз, когда мы пытаемся использовать одну из устаревших функций OpenGL в режиме core-profile, OpenGL выбрасывает ошибку и останавливает рисование. Преимуществом изучения современного подхода является его гибкость и эффективность. Тем не менее, учить его уже несколько сложнее. Непосредственный режим довольно сильно абстрагировался от реальных операций, выполняемых OpenGL, и, хотя это было легко освоить, трудно понять, как на самом деле работает OpenGL. Современный подход требует от разработчика понимания работы OpenGL и графического программирования, и, хотя это немного сложно, это обеспечивает гораздо большую гибкость и эффективность.
Это также одна из причин, по которой данный туториал более ориентирован на core-profile в OpenGL версии 3.3.
На сегодняшний день доступны более новые версии OpenGL (на момент написания — версия 4.6), поэтому следует логичный вопрос: «Почему я должен изучать OpenGL 3.3, когда уже есть OpenGL 4.6?». Дело в том, что все последующие версии OpenGL, начиная с версии 3.3, добавляют дополнительные полезные возможности в OpenGL без изменения фундаментального ядра/базиса, используемого в OpenGL; более новые версии просто предоставляют несколько более эффективных или полезных способов решения одних и тех же задач. В результате все концепции и техники остаются неизменными при выходе новых версий OpenGL, поэтому изучение OpenGL 3.3 является совершенно справедливым.
Примечание: При использовании функционала самых последних версий OpenGL только самые современные видеокарты смогут запустить ваше приложение. Именно поэтому большинство разработчиков обычно ориентируются на более ранние версии OpenGL и только лишь при необходимости подключают функционал более новых версий.
Расширения в OpenGL
Отличительной особенностью OpenGL является поддержка расширений. Всякий раз, когда графическая компания выкатывает новую методику или новую большую оптимизацию для рендеринга, это часто встречается в расширении, реализованном в драйверах. Если оборудование, на котором работает приложение, поддерживает такое расширение, то разработчик может использовать функционал, предоставляемый этим расширением, для более продвинутой или эффективной графики. Таким образом, графический разработчик уже может использовать новые методы рендеринга, просто проверяя, поддерживается ли данное расширение видеокартой, при этом не дожидаясь, пока OpenGL добавит этот функционал в свою новую версию. Часто, когда расширение является популярным или очень полезным, оно в конечном итоге становится частью новой версии OpenGL.
Разработчик должен знать, доступны ли какие-либо из этих расширений, прежде чем их использовать (или использовать библиотеку расширений OpenGL). Это позволяет разработчику делать вещи лучше или эффективнее в зависимости от того, доступно ли расширение:
OpenGL — что это такое и для чего нужна такая поддержка?
Здравствуйте, дорогие читатели! Сегодня мы с вами разберем OpenGL — что это такое, для чего используется, требуется ли что то настраивать для его эксплуатации.
Что это за программа
И сразу же хочу уточнить, что это вовсе не программа в привычном понимании, не драйвер, не протокол и не служба.
OpenGL — спецификация, которой определяется программный интерфейс для написания приложений, использующих 2D и 3D графику. По сути, это инструмент, который регулирует рендеринг изображения видеокартой.
Название расшифровывается как Open Graphics Library, то есть «Открытая графическая библиотека». Открытость инструмента означает, что им может воспользоваться любой разработчик без всякой маржи и лицензионных отчислений.
Инструмент кроссплатформенный: созданные с его помощью приложения будут работать в любой среде, которые осуществляют его поддержку.
При этом работать будут одинаково все в зависимости от мощности рабочей станции. Такая реализация освобождает разработчика от необходимости писать код под каждую конкретную платформу, что позволяет полностью сосредоточиться на графической составляющей.
Основные области применения OpenGL — видеоигры, системы автоматизированного проектирования, поддержка виртуальной реальности и визуализация различных проектов. На платформе Windows главным конкурентом технологии является DirectX.
О том, что такое DirectX и зачем он нужен, вы можете почитать вот тут.
Концепция OpenGL была разработана в 1982 году в университете Стэнфорда. Аппаратно прототип технологии впервые реализовала компания Silicon Graphics, создавшая конвейер для рендеринга. Ее разработки стали основой библиотек OpenGL.
Как работает OpenGL
Если смотреть с точки зрения разработчика, то OpenGL — программный интерфейс, который управляет работой видеокарты. Всего есть чуть более 150 команд, с помощью которых программист определяет, какие именно объекты будут отправлены на рендеринг.
Этим же стандартом определяются более тонкие настройки: например, тройная буферизация, трассировка лучей или сглаживание в играх.
Нет необходимости создавать разные версии графических объектов для отображения в различных режимах качества графики: все подстраивается «на автомате», исходя из заданных программистов параметров.
Проще говоря, программист определяет отображаемые объекты в трехмерном пространстве, их взаимное положение и взаимодействие, масштабирование, угол обзора и т.д., а также цвет и текстуру, а OpenGL уже заботится об их рендеринге.
Можно утверждать, что этот инструмент только воспроизводит объекты, но не взаимодействует с устройствами ввода — мышью, клавиатурой, геймпадом или игровым рулем. За это, а также за работу менеджера окон, отвечают уже другие компоненты.
Несмотря на кажущуюся сложность, OpenGL имеет четко продуманную структуру и простой процедурный интерфейс. При этом с помощью этого инструмента можно создавать действительно сложные сцены, состоящие из множества компонентов. Вычислительных мощностей требуется меньше по сравнению с другими библиотеками.
Некоторые версии OpenGL поддерживают работу по сети: объекты рендерятся на сервере, а клиентское приложение получает только их отображение. Благодаря этому можно создавать мощные воспроизводящие комплексы, состоящие из множества компьютеров.
Следует отметить, что в отличие от главного конкурента OpenGL можно считать универсальным инструментом. Главный конкурент, DirectX, «заточен» именно под игры. Многие игры поддерживают обе технологии.
Нужно ли переключаться между ними? На мой взгляд, нет никакой разницы, что именно вы используете, Независимо от технологии существенной разницы в производительности не замечено, если речь идет о платформе Windows.
Если же вы используете эмулятор Андроид на ПК, в этом случае рекомендую переключиться OpenGL: для систем семейства Unix этот инструмент подходит больше.
Также рекомендую ознакомиться с публикациями «Что делать, если видеокарта не поддерживает DirectX» и «Как посмотреть параметры видеокарты». Буду признателен, если вы расшарите этот пост в социальных сетях. До скорой встречи!
Что такое OpenGL?
Введение
OpenGL имеет хорошо продуманную внутреннюю структуру и довольно простой процедурный интерфейс. Несмотря на это с помощью OpenGL можно создавать сложные и мощные программные комплексы, затрачивая при этом минимальное время по сравнению с другими графическими библиотеками.
Основные возможности OpenGL.
Дополнительные библиотеки OpenGL
Несмотря на то, что библиотека OpenGL (сокращённо GL) предоставляет практически все возможности для моделирования и воспроизведения трёхмерных сцен, некоторые из функций, которые требуются при работе с графикой, отсутствуют в стандартной библиотеке OpenGL.. Например, чтобы задать положение и направление камеры, с которой будет наблюдаться сцена, нужно самому рассчитывать модельную матрицу, а это далеко не все умеют. Поэтому для OpenGL существуют так называемые вспомогательные библиотеки.
Первая из этих библиотек называется GLU. Эта библиотека уже стала стандартом и поставляется вместе с главной библиотекой OpenGL. В состав этой библиотеки вошли более сложные функции, например для того чтобы определить цилиндр или диск потребуется всего одна команда. Также в библиотеку вошли функции для работы со сплайнами, реализованы дополнительные операции над матрицами и дополнительные виды проекций.
Есть ещё одна библиотека похожая на GLUT, называется она GLAUX. Это библиотека разработана фирмой Microsoft для операционной системы Windows. Она во многом схожа с библиотекой GLUT, но немного отстаёт от неё по своим возможностям. И ещё один недостаток заключается в том, что библиотека GLAUX предназначена только для Windows, в то время как GLUT поддерживает очень много операционных систем.
Альтернативы OpenGL
Хотя библиотека OpenGL и считается одной из лучших библиотек как для профессионального применения так и для игр, у неё существуют и конкуренты.
Одним из главных конкурентов считается Direct3D из пакета DirectX, разработанный фирмой Microsoft. Direct3D создавался исключительно для игровых приложений. Если сравнивать эти две библиотеки, то нельзя сказать, что одна из них лучше, а другая хуже, у каждой библиотеки имеются свои особенности. Например, если сравнивать их в плане переносимости программ с одной платформы на другую, то Direct3D будет работать только на Intel платформах под управлением операционной системы Windows, в то время программы, написанные с помощью OpenGL можно успешно перенести на такие платформы как Unix, Linux, SunOS, IRIX, Windows, MacOS и многие другие. А вот в плане объектно-ориентированного подхода OpenGL уступает Direct3D. OpenGL работает по принципу конечного автомата, переходя из одного состояния в другое, совершая при этом какие-то преобразования. Ещё одним преимуществом Direct3D является поддержка дешёвого оборудования, OpenGL же поддерживается не на всех графических картах, но для профессиональных ускорителей OpenGL является стандартом де-факто. И ещё, OpenGL легче чем Direct3D для изучения основ графики, OpenGL можно применять например для начального изучения трёхмерной графики.
GLide до недавнего времени тоже являлся довольно широко используемым стандартом для игровых приложений. Этот стандарт создала фирма 3Dfx и библиотека GLide создавалась исключительно для видео ускорителей фирмы 3Dfx Voodoo и была оптимизирована исключительно под них. GLide является более низкоуровневым по отношению к OpenGL и по своим командам похож на него. GLide мало чем отличается от OpenGL по своим возможностям, за исключением некоторых функций, которые специально предназначались для Voodoo ускорителей. Но к сожалению 3Dfx отказалась от этого стандарта, передав его в руки разработчиков открытого программного обеспечения.
Есть ещё несколько библиотек, среди них можно отметить Heidi. Heidi это библиотека или даже лучше сказать драйвер для визуализации трёхмерных сцен, используемый только в 3D Studio Max и только под Windows NT.
Заключение
Заканчивая вводный рассказ про OpenGL хочется подвести некоторые итоги. Итак OpenGL представляет собой единый стандарт для разработки трёхмерных приложений, сочетает в себе такие качества как мощь и в то же время простоту. Мультиплатформенность позволяет без труда переносить программное обеспечение с одной операционной системы в другую. OpenGL предоставляет вам в распоряжение всю мощь аппаратных возможностей, которые вы имеете на данном компьютере и при написании программ вам не нужно будет беспокоится о конкретных деталях используемого оборудования, за вас побеспокоится драйвер OpenGL. OpenGL прекрасно подходит как для профессионалов так и для новичков в области компьютерной графики.
Когда мы иной раз говорим другим разработчикам игр, что в нашей игре Overgrowth мы использовали OpenGL, нам недоуменно возражают: зачем, разве будущее не за DirectX? Когда мы говорим представителям видеокарт, что используем OpenGL, температура в помещении опускается на 10 градусов.
Это нас озадачивает. Среди веб-разработчиков считается хорошим тоном ругать стандартные технологии, такие как Silverlight, Flash или ActiveX, зато всячески приветствуется кросс-платформенная разработка. Ни один уважающий себя спец не испытывает восторга от работы с закрытыми стандартами типа документов Word или серверов Exchange. И что же произошло с этим миром, что инженеры вдруг принялись не только рукоплескать проприетарному API Microsoft, но ещё и активно ругать его открытого конкурента?
Прежде чем мы объясним, почему мы за OpenGL, немного истории.
Что такое OpenGL
Что такое DirectX
Если судить по сегодняшнему игровому рынку, эта стратегия себя оправдала. Большинство главных игр для PC используют DirectX и работают на Windows и Xbox 360. За редкими исключениями они не работают на конкурирующих платформах, таких как PlayStation, Mac OS или Wii. Так Microsoft теряет довольно серьёзные рынки, а мы ставим важный вопрос:
Почему все используют DirectX?
Рынок начал смещаться в сторону DirectX под воздействием двух факторов: агрессивная реклама DirectX при запуске Xbox 360 и Windows Vista, которая заставила многих усомниться в будущем OpenGL, и оголтелое преувеличение достоинств DirectX. Эти факторы были усилены описанным эффектом обратной связи, и в результате OpenGL почти полностью исчезла из главных игровых новинок.
1. Эффект обратной связи и порочные круги
В среде Windows графические драйверы DirectX поддерживаются лучше, чем OpenGL. Причиной этого является порочный круг под названием «поддержка производителей». Чем больше разработчиков по той или иной причине переходит с OpenGL на DirectX, тем меньше производители видеокарт получают сообщений об ошибках в драйверах OpenGL; следовательно, они становятся хуже, и ещё больше разработчиков уходит с OpenGL на DirectX. Круг замыкается.
Факт и в том, что в DirectX разбирается больше программистов графики, чем в OpenGL; следовательно, создать игру под DirectX дешевле, потому что для этого требуется меньше затрат на обучение. И это ещё один порочный круг: чем больше игр использует DirectX, тем больше программистов должны её изучить. Чем больше программистов изучают DirectX, тем дешевле DirectX обходится игровым проектам в сравнении с OpenGL.
2. Vista и сомнения в отношении OpenGL
При выпуске Vista Microsoft начала активно сеять в пользователях сомнения и неуверенность в отношении OpenGL.
В 2003 году Microsoft покинула Наблюдательную комиссию по архитектуре OpenGL, показав тем самым, что её больше не интересует судьба этой библиотеки. На SIGGRAPH (конгресс специалистов по графике) и WinHEC (конференция разработчиков аппаратного обеспечения под эгидой Microsoft) представители корпорации заявили, что в Windows Vista OpenGL будет поддерживаться на самом минимальном уровне, чтобы только обеспечить обратную связь с приложениями XP. OpenGL будет накладываться поверх DirectX, что приведёт к резкому снижению производительности. Это вызвало самую настоящую панику в рядах OpenGL, в результате чего многие профессиональные программисты графики перешли на DirectX.
Когда Vista наконец вышла, оказалось, что эти заявления не соответствовали действительности: поставщики создали быстрые устанавливаемые клиентские драйверы (ICD), вернувшие системе нативную поддержку OpenGL. Комиссия по OpenGL разослала письмо с доказательствами, что OpenGL по-прежнему в строю и ничем не уступает Direct3D на Vista. К сожалению, нужный Microsoft результат уже был достигнут: доверие к OpenGL серьёзно пошатнулось.
3. Лживые рекламные кампании
Далеко не все игры поддерживают этот маркетинговый фарс Microsoft. Многие настоящие профессионалы графики, такие как Джон Кармак (John Carmack), относятся к DX10 скептически. Он однажды сказал: «Лично я не стал бы сейчас переходить на что-то вроде DX10. Я бы подождал, когда всё немного утрясётся и для этого появится действительно объективная необходимость».
Так почему же мы используем OpenGL?
Общеизвестно, что вызовы отрисовки в OpenGL быстрее, чем в DirectX. Верить нам на слово необязательно: на этот счёт существуют официальные презентации NVIDIA. Благодаря расширениям поставщиков новые функции видеопроцессоров на OpenGL начинают поддерживаться раньше. OpenGL сразу даёт прямой доступ ко всем новым графическим решениям на всех платформах, тогда как DirectX лишь предоставляет выборочные снимки на новых версиях Windows. Та же мозаичная технология (tesselation), которую Microsoft активно продвигает в DirectX 11, уже три года существует для OpenGL в качестве расширения. Я не знаю, какие новые технологии появятся в ближайшие годы, но я точно знаю, что первыми они появятся в OpenGL.
2. OpenGL кроссплатформенная
Когда Джона Кармака спросили, работает ли Rage под DirectX, он ответил: «Нет, это OpenGL, хотя мы использовали API в стиле D3D [на Xbox 360] и CG для PS3. Вы знаете, технологиям довольно неинтересно, какой вы используете API и какого поколения ваши технологии. API интересуется буквально несколько файлов, а миллионы строк кода совершенно безразличны к вашей платформе». Если можно достичь всех платформ с OpenGL, то зачем себя искусственно ограничивать, привязываясь к DirectX?
3. У OpenGL больше перспектив на игровом рынке
Для понижения цен и повышения качества необходима конкуренция. Монополия Microsoft на игровом рынке очень вредна и игрокам, и разработчикам.
Cможет ли OpenGL вернуть утраченные позиции?
В 1997 году была очень похожая ситуация. Microsoft начала агрессивную рекламную кампанию в пользу Direct3D, и однажды утром все проснулись и узнали, что она и быстрее, и лучше, чем OpenGL. Ситуация стала меняться после того, как Крис Хэкер (Chris Hecker) опубликовал открытое письмо против DirectX. Вскоре после этого Джон Кармак опубликовал свою знаменитую оду OpenGL, которую тут же подкрепил делом: перевёл все игры Id Software на OpenGL. Так он раз и навсегда доказал, что DirectX совершенно необязательна для трёхмерных игр высшей категории.
Однако за последние несколько лет этот урок оказался подзабыт. Большинство игровых разработчиков либо поддались чарам маркетологов Microsoft, либо утонули в порочных кругах рыночной конъюнктуры. Настало время отбросить пустые рекламации и модные тренды и посмотреть в глаза правде. Если вы пишете под DirectX, вам приходится либо брать слабую и раздутую DX9, либо жертвовать значительной частью пользовательской базы с DX10 и 11.
С другой стороны, если вы пишете под OpenGL, вы получаете более быструю и мощную графику, чем в DirectX 11, причём на всех версиях Windows, Mac и Linux, а также PS3, Wii, PSP, DS и iPhone. Кроме того, вы получаете всё это в рамках динамично развивающегося стандарта WebGL, который вполне может стать базовым для браузерных игр следующего поколения.