OpenGL
OpenGL(英語:,譯名:開放圖形庫或者“開放式圖形庫”)是用於渲染2D、3D矢量圖形的跨語言、跨平台的應用程序編程接口(API)。這個接口由近350個不同的函數调用組成,用來從簡單的圖形位元繪製複雜的三維景象。而另一种程式介面系统是仅用于Microsoft Windows上的Direct3D。OpenGL常用於CAD、虛擬實境、科學視覺化程式和電子遊戲開發。
原作者 | 矽谷圖形公司(SGI) |
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開發者 | Khronos Group |
初始版本 | 1992年6月30日 |
穩定版本 | 4.6 (2019年10月22日 ) |
编程语言 | C |
操作系统 | 跨平台 |
类型 | API |
许可协议 | 多種[1] |
网站 | https://www.opengl.org/ |
OpenGL的高效實現(利用图形加速硬件)存在于Windows,部分UNIX平台和Mac OS。這些實現一般由顯示裝置廠商提供,而且非常依賴於該廠商提供的硬體。開放原始碼函式庫Mesa是一個純基於軟體的圖形API,它的代码兼容於OpenGL。但是,由于许可证的原因,它只声称是一个“非常相似”的API。
OpenGL规范由1992年成立的OpenGL架构评审委员会(ARB)维护。ARB由一些對建立一个统一的、普遍可用的API特别感兴趣的公司组成。根据OpenGL官方网站,2002年6月的ARB投票成员包括3Dlabs、Apple Computer、ATI Technologies、Dell Computer、Evans & Sutherland、Hewlett-Packard、IBM、Intel、Matrox、NVIDIA、SGI和Sun Microsystems,Microsoft曾是创立成员之一,但已于2003年3月。
設計
OpenGL規範描述了繪製2D和3D圖形的抽象API。儘管這些API可以完全通過軟體實現,但它是為大部分或者全部使用硬體加速而設計的。
OpenGL的API定義了若干可被客戶端程序調用的函數,以及一些具名整型常數(例如,常數GL_TEXTURE_2D對應的十進制整數為3553)。雖然這些函數的定義表面上類似於C編程語言,但它們是語言獨立的。因此,OpenGL有許多語言綁定,值得一提的包括:JavaScript綁定的WebGL(基於OpenGL ES 2.0在Web瀏覽器中的進行3D渲染的API);C綁定的WGL、GLX和CGL;iOS提供的C綁定;Android提供的Java和C綁定。
OpenGL不僅語言無關,而且平台無關。規範隻字未提獲得和管理OpenGL上下文相關的內容,而是將這些作為細節交給底層的窗口系統。出於同樣的原因,OpenGL純粹專注于渲染,而不提供輸入、音頻以及窗口相關的API。
OpenGL是一個不斷進化的API。新版OpenGL規範會定期由Khronos Group發布,新版本通過擴展API來支持各種新功能。每個版本的細節由Khronos Group的成員一致決定,包括顯卡廠商、作業系統設計人員以及類似Mozilla和谷歌的一般性科技公司。
除了核心API要求的功能之外,GPU供應商可以通過擴展的形式提供額外功能。擴展可能會引入新功能和新常數,並且可能放鬆或取消現有的OpenGL函數的限制。然后一个扩展就分成两部分发布:包含扩展函数原型的头文件和作为厂商的设备驱动。供應商使用擴展公開自定義的API而無需獲得其他供應商或Khronos Group的支持,這大大增加了OpenGL的靈活性。OpenGL Registry負責所有擴展的收集和定義。
每個擴展都與一個簡短的標識符關聯,該標識符基於開發公司的名稱。例如,英偉達(NVIDIA)的標識符是NV。如果多個供應商同意使用相同的API來實現相同的功能,那麼就用EXT標誌符。這種情況更進一步,Khronos Group的架構評審委員(Architecture Review Board,ARB)正式批准該擴展,那麼這就被稱為一個“標準擴展”,標識符使用ARB。第一個ARB擴展是GL_ARB_multitexture。
OpenGL每個新版本中引入的功能,特別是ARB和EXT類型的擴展,通常由數個被廣泛實現的擴展功能組合而成。
文檔
OpenGL普及的部分原因是其高質量的官方文件。OpenGL架構評審委員會隨規範一同發布一系列包含API變化更新的手冊。這些手冊因其封面顏色而眾所周知。
- 紅寶書
Dave Shreiner, Graham Sellers, John M. Kessenich and Bill M. Licea-Kane. 2013. OpenGL Programming Guide: The Official Guide to Learning OpenGL, Version 4.3(8th Edition). Addison-Wesley Professional. ISBN 978-0321773036.
- 橙寶書
Randi J. Rost, Bill M. Licea-Kane, Dan Ginsburg, John M. Kessenich, Barthold Lichtenbelt, Hugh Malan and Mike Weiblen. 2009. OpenGL Shading Language (3rd Edition). Addison-Wesley Professional. ISBN 978-0321637635
相關程序庫
早期的 OpenGL 版本会一同发布配套的 GLU 库,提供一些同时代硬件尚不支持的简单功能。GLU 最后一次更新规格要求是在 1998 年,对已弃用的 OpenGL 特性有依赖。
还有几个库也建立在OpenGL之上,提供了OpenGL本身没有的功能:
特别是,OpenGL Performer库——由SGI开发并可以在IRIX、Linux和Microsoft Windows的一些版本上使用,构建于OpenGL,可以建立实时可视化仿真程序。
当开发者需要使用最新的OpenGL扩展时,他们往往需要使用GLEW庫或者是GLEE库提供的功能,可以在程序的运行期判断当前硬件是否支持相关的扩展,防止程序崩溃甚至造成硬件损坏。這類庫利用動態加載技術(dlsym、GetProcAddress等函數)搜尋各種擴展的信息。
歷史
1980年代,開發可以用在各種各樣圖形硬件上的軟件是個真正的挑戰。通常,軟件開發人員為每種硬件編寫自定義的接口和驅動程序。但這非常昂貴并會導致大量工作的重複。
20世紀90年代初,SGI成為工作站3D圖形領域的領導者。其IRIS GL的API被認為是最先進的科技並成為事實上的行業標準,而基於開放標準的PHIGS則相形見絀。IRIS GL更容易使用,而且還支持即時模式的渲染。相比之下,PHIGS難於使用並且功能老舊。
SGI的競爭對手(包括Sun、惠普和IBM)通過擴展PHIGS標準也能將3D硬件投入市場。這反過來導致SGI市場份額的削弱,因為有越來越多的3D圖形硬件供應商進入市場。爲攻佔市場,SGI決定把IRIS GL API轉變為一項開放標準,即OpenGL。
然而,SGI擁有大量的軟件客戶,對他們來說從IRIS GL遷移到OpenGL將需要巨額投資。此外,IRIS GL的應用程序接口擁有與3D圖形不相關的函數。例如,它包括窗口、鍵盤和鼠標的API,部分原因是由於它是在X Window系統和Sun公司的NeWS系統之前開發的。而且,IRIS GL庫由於授權和專利問題并不適合開放。上述種種因素要求SGI繼續支持先進和專有的IRIS Inventor和IRIS Performer應用程序接口。
IRIS GL的限制之一是只能訪問由底層硬件支持的功能。如果圖形硬件不支持一項功能,那麼該應用程序將不能使用它。OpenGL通過為硬件不具備的功能提供軟件支持克服此問題,這就允許應用程序在相對較弱的系統中使用先進的圖形技術。OpenGL標準化訪問硬件的方式:硬件接口程序的開發(有時也稱為設備驅動程序)交由硬件製造商,而窗口功能委託給底層作業系統。讓大量不同種類的圖形硬件講同一種語言影響深遠,它為軟件開發者進行3D軟件發展提供更高層次的平台。
1992年,SGI公司領導OpenGL架構審查委員會(OpenGL ARB)的創建。該委員會由若干公司組成,負責未來OpenGL規範的維護和擴充。
微軟在1995年發布Direct3D,Direct 3D最終成為OpenGL的主要競爭對手。1997年12月17日,微軟和SGI發起華氏溫標項目,旨在統一OpenGL和Direct3D的接口。1998年,惠普加入。後來,由於SGI的財政限制、微軟的戰略以及缺乏行業普遍支持,項目1999年遭棄。
2006年7月,OpenGL架構評審委員會投票決定將OpenGL API標準的控制權交給Khronos Group。
高级功能
OpenGL被設計為只有輸出的,所以它只提供渲染功能。核心API没有、音频、打印、键盘/鼠标或其他输入设备的概念。雖然这一开始看起来像是一种限制,但它允许进行渲染的代码完全独立于他运行的操作系统,允許跨平台開發。然而,有些整合于原生的东西需要允许和宿主系统交互。这通过下列附加API實現:
- GLX - X11(包括透明的網路)
- WGL - Microsoft Windows
另外,GLUT库能够以可移植的方式提供基本的功能。
版本
OpenGL进化自(而且风格很相似)SGI的早期3D接口IRIS GL。IRIS GL的一个限制是它只能访问底层硬件提供的特性。如果图形硬件不支持例如纹理映射这样的功能,那么应用程序就不能使用它。OpenGL通过在软件上对硬件不支持的特性提供支持的方法克服了这个问题,允许应用程序在相对低配置的系统上使用高级的图形特性。Fahrenheit项目是Microsoft和SGI之间的联合行动,为了统一OpenGL和Direct3D接口的目的。它一开始提出了一些把规则带给交互3D计算机图形API世界的承诺,但因为SGI的财政限制,这个项目后来被放弃了。
2002年微軟的DirectX 9提出了全新的Shader繪圖功能以及高階著色語言(HLSL),OpenGL霸主地位開始被瓦解。這使得3DLabs了解到必須開發全新的OpenGL 2.0版本,但僅加入支援GLSL的功能。2006年Khronos接手OpenGL,立刻着手發展Longs Peak與Mount Evans。2008年推出OpenGL 3,但評價普遍不高。
2010年3月10日, OpenGL同時推出了3.3和4.0版本,同年7月26日又发布了4.1版本。2011年8月8日发布4.2版本。2013年發佈4.3版。
主要版本 | 发布日期 | 重要变更 |
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1.1 | 1997年1月 | |
1.2 | 1998年3月16日 | |
1.2.1 | 1998年10月14日 | |
1.3 | 2001年8月14日 | |
1.4 | 2002年7月24日 | |
1.5 | 2003年7月29日 | |
2.0 | 2004年9月7日 | |
2.1 | 2006年7月2日 | |
3.0 | 2008年8月11日 | |
3.1 | 2009年3月24日 | |
3.2 | 2009年8月3日 | |
3.3 | 2010年3月11日 | OpenGL 3.3与4.0版一起发布。 以体现硬件支持Direct3D 10的可能性。 |
4.0 | 2010年3月11日 | OpenGL 4.0与版本3.3一起发布。 它是为硬件设计的,以体现硬件支持Direct3D 11的可能性。
与OpenGL 3.0一样,这个版本的OpenGL包含大量相当无关紧要的扩展,旨在彻底揭示Direct3D 11级硬件的能力。 |
4.1 | 2010年7月26日 | |
4.2 | 2011年8月8日 | 支持的显卡:NVIDIA GeForce 400系列以上,AMD Radeon HD7000系列以上,Intel HD Graphics (第7代Ivy Bridge系列以上)
AMD Radeon HD 6000 Series, AMD Radeon HD 7000 Series
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4.3 | 2012年8月6日 | 支持的显卡:NVIDIA GeForce 400系列以上,AMD Radeon HD5000系列以上,Intel HD Graphics (第7.5代Haswell系列以上)
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4.4 | 2013年7月22日[3] | 支持的顯示卡:NVIDIA GeForce 400系列以上,AMD Radeon HD5000系列以上,Intel HD Graphics (第7.5代Haswell系列以上)
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4.5 | 2014年8月11日[4] | 支持的显卡:NVIDIA GeForce 400系列以上,AMD Radeon HD7000系列以上,Intel HD Graphics (第8代Broadwell系列以上),Tegra K1, Tegra X1
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4.6 | 2017年7月31日 | 支持的显卡:NVIDIA GeForce 400系列以上(理论上可支持)
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