OpenGL
原文 | OpenGL |
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作者 | JoeyDeVries |
翻译 | gjy_1992 |
校对 | Geequlim |
在开始这段旅程之前我们先了解一下OpenGL到底是什么。一般它被认为是一个API(
OpenGL规范严格规定了每个函数该如何执行,以及它们的输出值。至于内部具体每个函数是如何实现(Implement)的,将由OpenGL库的开发者自行决定(注:这里开发者是指编写OpenGL库的人)。因为OpenGL规范并没有规定实现的细节,具体的OpenGL库允许使用不同的实现,只要其功能和结果与规范相匹配(亦即,作为用户不会感受到功能上的差异)。
实际的OpenGL库的开发者通常是显卡的生产商。你购买的显卡所支持的OpenGL版本都为这个系列的显卡专门开发的。当你使用Apple系统的时候,OpenGL库是由Apple自身维护的。在Linux下,有显卡生产商提供的OpenGL库,也有一些爱好者改编的版本。这也意味着任何时候OpenGL库表现的行为与规范规定的不一致时,基本都是库的开发者留下的bug。
Important
由于OpenGL的大多数实现都是由显卡厂商编写的,当产生一个bug时通常可以通过升级显卡驱动来解决。这些驱动会包括你的显卡能支持的最新版本的OpenGL,这也是为什么总是建议你偶尔更新一下显卡驱动。
所有版本的OpenGL规范文档都被公开的寄存在Khronos那里。有兴趣的读者可以找到OpenGL3.3(我们将要使用的版本)的规范文档。如果你想深入到OpenGL的细节(只关心函数功能的描述而不是函数的实现),这是个很好的选择。如果你想知道每个函数具体的运作方式,这个规范也是一个很棒的参考。
核心模式与立即渲染模式
早期的OpenGL使用
当使用OpenGL的核心模式时,OpenGL迫使我们使用现代的函数。当我们试图使用一个已废弃的函数时,OpenGL会抛出一个错误并终止绘图。现代函数的优势是更高的灵活性和效率,然而也更难于学习。立即渲染模式从OpenGL实际运作中抽象掉了很多细节,因而它易于学习的同时,也很难去把握OpenGL具体是如何运作的。现代函数要求使用者真正理解OpenGL和图形编程,它有一些难度,然而提供了更多的灵活性,更高的效率,更重要的是可以更深入的理解图形编程。
这也是为什么我们的教程面向OpenGL3.3的核心模式。虽然上手更困难,但这份努力是值得的。
现今,更高版本的OpenGL已经发布(写作时最新版本为4.5),你可能会问:既然OpenGL 4.5 都出来了,为什么我们还要学习OpenGL 3.3?答案很简单,所有OpenGL的更高的版本都是在3.3的基础上,引入了额外的功能,并没有改动核心架构。新版本只是引入了一些更有效率或更有用的方式去完成同样的功能。因此,所有的概念和技术在现代OpenGL版本里都保持一致。当你的经验足够,你可以轻松使用来自更高版本OpenGL的新特性。
Attention
当使用新版本的OpenGL特性时,只有新一代的显卡能够支持你的应用程序。这也是为什么大多数开发者基于较低版本的OpenGL编写程序,并只提供选项启用新版本的特性。
在有些教程里你会看见更现代的特性,它们同样会以这种红色注释方式标明。
扩展
OpenGL的一大特性就是对扩展(Extension)的支持,当一个显卡公司提出一个新特性或者渲染上的大优化,通常会以
使用扩展的代码大多看上去如下:
if(GL_ARB_extension_name)
{
// 使用一些新的特性
}
else
{
// 不支持此扩展: 用旧的方式去做
}
使用OpenGL3.3时,我们很少需要使用扩展来完成大多数功能,当需要的时候,本教程将提供适当的指示。
状态机
OpenGL自身是一个巨大的状态机(State Machine):一系列的变量描述OpenGL此刻应当如何运行。OpenGL的状态通常被称为OpenGL
假设当我们想告诉OpenGL去画线段而不是三角形的时候,我们通过改变一些上下文变量来改变OpenGL状态,从而告诉OpenGL如何去绘图。一旦我们改变了OpenGL的状态为绘制线段,下一个绘制命令就会画出线段而不是三角形。
当使用OpenGL的时候,我们会遇到一些
对象
OpenGL库是用C语言写的,同时也支持多种语言的派生,但其内核仍是一个C库。由于C的一些语言结构不易被翻译到其它的高级语言,因此OpenGL开发的时候引入了一些抽象层。“对象(Object)”就是其中一个。
在OpenGL中一个
struct object_name {
GLfloat option1;
GLuint option2;
GLchar[] name;
};
Important
基元类型(Primitive Type)
使用OpenGL时,建议使用OpenGL定义的基元类型。比如使用float
时我们加上前缀GL
(因此写作GLfloat
)。int
、uint
、char
、bool
等等也类似。OpenGL定义的这些GL基元类型的内存布局是与平台无关的,而int等基元类型在不同操作系统上可能有不同的内存布局。使用GL基元类型可以保证你的程序在不同的平台上工作一致。
当我们使用一个对象时,通常看起来像如下一样(把OpenGL上下文看作一个大的结构体):
// OpenGL的状态
struct OpenGL_Context
{
...
object* object_Window_Target;
...
};
// 创建对象
GLuint objectId = 0;
glGenObject(1, &objectId);
// 绑定对象至上下文
glBindObject(GL_WINDOW_TARGET, objectId);
// 设置当前绑定到 GL_WINDOW_TARGET 的对象的一些选项
glSetObjectOption(GL_WINDOW_TARGET, GL_OPTION_WINDOW_WIDTH, 800);
glSetObjectOption(GL_WINDOW_TARGET, GL_OPTION_WINDOW_HEIGHT, 600);
// 将上下文对象设回默认
glBindObject(GL_WINDOW_TARGET, 0);
这一小段代码展现了你以后使用OpenGL时常见的工作流。我们首先创建一个对象,然后用一个id保存它的引用(实际数据被储存在后台)。然后我们将对象绑定至上下文的目标位置(例子中窗口对象目标的位置被定义成GL_WINDOW_TARGET)。接下来我们设置窗口的选项。最后我们将目标位置的对象id设回0,解绑这个对象。设置的选项将被保存在objectId所引用的对象中,一旦我们重新绑定这个对象到GL_WINDOW_TARGET位置,这些选项就会重新生效。
Attention
目前提供的示例代码只是OpenGL如何操作的一个大致描述,通过阅读以后的教程你会遇到很多实际的例子。
使用对象的一个好处是在程序中,我们不止可以定义一个对象,并设置它们的选项,每个对象都可以是不同的设置。在我们执行一个使用OpenGL状态的操作的时候,只需要绑定含有需要的设置的对象即可。比如说我们有一些作为3D模型数据(一栋房子或一个人物)的容器对象,在我们想绘制其中任何一个模型的时候,只需绑定一个包含对应模型数据的对象就可以了(当然,我们需要先创建并设置对象的选项)。拥有数个这样的对象允许我们指定多个模型,在想画其中任何一个的时候,直接将对应的对象绑定上去,便不需要再重复设置选项了。
让我们开始吧
你现在已经知道一些OpenGL的相关知识了,OpenGL规范和库,OpenGL幕后大致的运作流程,以及OpenGL使用的一些传统技巧。不要担心你还没有完全消化它们,后面的教程我们会仔细地讲解每一个步骤,你会通过足够的例子来真正掌握OpenGL。如果你已经做好了开始下一步的准备,我们可以在这里开始创建OpenGL上下文以及我们的第一个窗口了。
附加资源
- opengl.org:OpenGL官方网站。
- OpenGL registry:包含OpenGL各版本的规范和扩展。