OpengL 之說一

概述
OpenGL - 高性能圖形算法行業標準
OpenGL? 是行業領域中最爲廣泛接納的 2D/3D 圖形 API, 其自誕生至今已催生了各種計算機平臺及設備上的數千優秀應用程序。OpenGL? 是獨立於視窗操作系統或其它操作系統的，亦是網絡透明的。在包含CAD、內容創作、能源、娛樂、遊戲開發、製造業、製藥業及虛擬現實等行業領域 中，OpenGL? 幫助程序員實現在 PC、工作站、超級計算機等硬件設備上的高性能、極具衝擊力的高視覺表現力圖形處理軟件的開發。
OpenGL（全寫Open Graphics Library）是個定義了一個跨編程語言、跨平臺的編程接口的規格，它用於三維圖象（二維的亦可）。OpenGL是個專業的圖形程序接口，是一個功能強 大，調用方便的底層圖形庫。OpenGL的前身是SGI公司爲其圖形工作站開發的IRIS GL。IRIS GL是一個工業標準的3D圖形軟件接口，功能雖然強大但是移植性不好，於是SGI公司便在IRIS GL的基礎上開發了OpenGL。OpenGL的英文全稱是“Open Graphics Library”，顧名思義，OpenGL便是“開放的圖形程序接口”。雖然DirectX在家用市場全面領先，但在專業高端繪圖領域，OpenGL是不 能被取代的主角。
OpenGL是個與硬件無關的軟件接口，可以在不同的平臺如Windows 95、Windows NT、Unix、Linux、MacOS、OS／2之間進行移植。因此，支持OpenGL的軟件具有很好的移植性，可以獲得非常廣泛的應用。由於 OpenGL是圖形的底層圖形庫，沒有提供幾何實體圖元，不能直接用以描述場景。但是，通過一些轉換程序，可以很方便地將AutoCAD、 3DS/3DSMAX等3D圖形設計軟件製作的DXF和3DS模型文件轉換成OpenGL的頂點數組。
在OpenGL的基礎上還有Open Inventor、Cosmo3D、Optimizer等多種高級圖形庫，適應不同應用。其中，Open Inventor應用最爲廣泛。該軟件是基於OpenGL面向對象的工具包，提供創建交互式3D圖形應用程序的對象和方法，提供了預定義的對象和用於交互 的事件處理模塊，創建和編輯3D場景的高級應用程序單元，有打印對象和用其它圖形格式交換數據的能力。
OpenGL的發展一直處於一種較爲遲緩的態勢，每次版本的提高新增的技術很少，大多隻是對其中部分做出修改和完善。1992年7月，SGI公司發佈了 OpenGL的1.0版本，隨後又與微軟公司共同開發了Windows NT版本的OpenGL，從而使一些原來必須在高檔圖形工作站上運行的大型3D圖形處理軟件也可以在微機上運用。1995年OpenGL的1.1版本面 市，該版本比1.0的性能有許多提高，並加入了一些新的功能。其中包括改進打印機支持，在增強元文件中包含OpenGL的調用，頂點數組的新特性，提高頂 點位置、法線、顏色、色彩指數、紋理座標、多邊形邊緣標識的傳輸速度，引入了新的紋理特性等等。OpenGL 1.5又新增了“OpenGL Shading Language”，該語言是“OpenGL 2.0”的底核，用於着色對象、頂點着色以及片斷着色技術的擴展功能。
OpenGL 2.0標準的主要制訂者並非原來的SGI，而是逐漸在ARB中佔據主動地位的3DLabs。2.0版本首先要做的是與舊版本之間的完整兼容性，同時在頂點 與像素及內存管理上與DirectX共同合作以維持均勢。OpenGL 2.0將由OpenGL 1.3的現有功能加上與之完全兼容的新功能所組成(如圖一)。藉此可以對在ARB停滯不前時代各家推出的各種糾纏不清的擴展指令集做一次徹底的精簡。此 外，硬件可編程能力的實現也提供了一個更好的方法以整合現有的擴展指令。
目前，隨着DirectX的不斷髮展和完善，OpenGL的優勢逐漸喪失，至今雖然已有3Dlabs提倡開發的2.0版本面世，在其中加入了很多類似於DirectX中可編程單元的設計，但廠商的用戶的認知程度並不高，未來的OpenGL發展前景迷茫。
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Open GL現狀
Open GL仍然是唯一能夠取代微軟對3D圖形技術的完全控制的API。它仍然具有一定的生命力，但是Silicon Graphics已經不再以任何讓微軟不悅的方式推廣Open GL，因而它存在較高的風險。遊戲開發人員是一個有着獨立思想的羣體，很多重要的開發人員目前仍然在使用Open GL。因此，硬件開發商正在設法加強對它的支持。Direct3D目前還不能支持高端的圖形設備和專業應用； Open GL在這些領域佔據着統治地位。最後，開放源碼社區（尤其是Mesa項目）一直致力於爲任何類型的計算機（無論它們是否使用微軟的操作系統）提供Open GL支持。
今年08年正式公佈OpenGL3.0版本。並且得到了，nv的支持，其官方網站上提供針對N卡的sdk下載。
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高級功能
OpenGL被設計爲只有輸出的，所以它只提供渲染功能。核心API沒有窗口系統、音頻、打印、鍵盤/鼠標或其它輸入設備的概念。雖然這一開始看起來像是 一種限制，但它允許進行渲染的代碼完全獨立於他運行的操作系統，允許跨平臺開發。然而，有些整合於原生窗口系統的東西需要允許和宿主系統交互。這通過下列 附加API實現：
* GLX - X11（包括透明的網絡）
* WGL - Microsoft Windows
* AGL - Apple MacOS
另外，GLUT庫能夠以可移植的方式提供基本的窗口功能。
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OpenGL編程入門
OpenGL作圖非常方便，故日益流行，但對許多人來說，是在微機上進行的，首先碰到的問題是，如何適應微機環境。這往往是最關鍵的一步，雖然也是最初級的。一般的,我不建議使用glut 包.那樣難以充分發揮 windows 的界面上的功能.
下面介紹如何在 VC++ 上進行 OpenGL 編程。 OpenGL 繪圖的一般過程可以看作這樣的,先用 OpenGL 語句在 OpenGL 的繪圖環境 RenderContext (RC)中畫好圖, 然後再通過一個 Swap buffer 的過程把圖傳給操作系統的繪圖環境 DeviceContext (DC)中,實實在在地畫出到屏幕上.
下面以畫一條 Bezier 曲線爲例，詳細介紹VC++ 上 OpenGL編程的方法。文中給出了詳細註釋，以便給初學者明確的指引。一步一步地按所述去做，你將順利地畫出第一個 OpenGL 平臺上的圖形來。
一、產生程序框架 Test.dsw
New Project | MFC Application Wizard (EXE) | "Test" | OK
*注* : 加“”者指要手工敲入的字串
二、導入 Bezier 曲線類的文件
用下面方法產生 BezierCurve.h BezierCurve.cpp 兩個文件：
WorkSpace | ClassView | Test Classes| <右擊彈出> New Class | Generic Class(不用MFC類) | "CBezierCurve" | OK
三、編輯好 Bezier 曲線類的定義與實現
寫好下面兩個文件：
BezierCurve.h BezierCurve.cpp
四、設置編譯環境：
1. 在 BezierCurve.h 和 TestView.h 內各加上：
#include <GL/gl.h>
#include <GL/glu.h>
#include <GL/glaux.h>
2. 在集成環境中
Project | Settings | Link | Object/library module | "opengl32.lib glu32.lib glaux.lib" | OK
五、設置 OpenGL 工作環境：(下面各個操作，均針對 TestView.cpp )
1. 處理 PreCreateWindow(): 設置 OpenGL 繪圖窗口的風格
cs.style |= WS_CLIPSIBLINGS | WS_CLIPCHILDREN | CS_OWNDC;
2. 處理 OnCreate():創建 OpenGL 的繪圖設備。
OpenGL 繪圖的機制是: 先用 OpenGL 的繪圖上下文 Rendering Context (簡稱爲 RC )把圖畫好，再把所繪結果通過 SwapBuffer() 函數傳給 Window 的 繪圖上下文 Device Context (簡記爲 DC).要注意的是，程序運行過程中，可以有多個 DC，但只能有一個 RC。因此當一個 DC 畫完圖後，要立即釋放 RC，以便其它的 DC 也使用。在後面的代碼中，將有詳細註釋。
int CTestView::OnCreate(LPCREATESTRUCT lpCreateStruct)
{
if (CView::OnCreate(lpCreateStruct) == -1)
return -1;
myInitOpenGL();
return 0;
}
void CTestView::myInitOpenGL()
{
m_pDC = new CClientDC(this); //創建 DC
ASSERT(m_pDC != NULL);
if (!mySetupPixelFormat()) //設定繪圖的位圖格式，函數下面列出
return;
m_hRC = wglCreateContext(m_pDC->m_hDC);//創建 RC
wglMakeCurrent(m_pDC->m_hDC, m_hRC); //RC 與當前 DC 相關聯
} //CClient * m_pDC; HGLRC m_hRC; 是 CTestView 的成員變量
BOOL CTestView::mySetupPixelFormat()
{//我們暫時不管格式的具體內容是什麼,以後熟悉了再改變格式
static PIXELFORMATDESCRIPTOR pfd =
{
sizeof(PIXELFORMATDESCRIPTOR), // size of this pfd
1, // version number
PFD_DRAW_TO_WINDOW | // support window
PFD_SUPPORT_OPENGL | // support OpenGL
PFD_DOUBLEBUFFER, // double buffered
PFD_TYPE_RGBA, // RGBA type
24, // 24-bit color depth
0, 0, 0, 0, 0, 0, // color bits ignored
0, // no alpha buffer
0, // shift bit ignored
0, // no accumulation buffer
0, 0, 0, 0, // accum bits ignored
32, // 32-bit z-buffer
0, // no stencil buffer
0, // no auxiliary buffer
PFD_MAIN_PLANE, // main layer
0, // reserved
0, 0, 0 // layer masks ignored
};
int pixelformat;
if ( (pixelformat = ChoosePixelFormat(m_pDC->m_hDC, &pfd)) == 0 )
{
MessageBox("ChoosePixelFormat failed");
return FALSE;
}
if (SetPixelFormat(m_pDC->m_hDC, pixelformat, &pfd) == FALSE)
{
MessageBox("SetPixelFormat failed");
return FALSE;
}
return TRUE;
}
3. 處理 OnDestroy()
void CTestView::OnDestroy()
{
wglMakeCurrent(m_pDC->m_hDC,NULL); //釋放與m_hDC 對應的 RC
wglDeleteContext(m_hRC); //刪除 RC
if (m_pDC)
delete m_pDC; //刪除當前 View 擁有的 DC
CView::OnDestroy();
}
4. 處理 OnEraseBkgnd()
BOOL CTestView::OnEraseBkgnd(CDC* pDC)
{
// TODO: Add your message handler code here and/or call default
// return CView::OnEraseBkgnd(pDC);
//把這句話註釋掉，若不然，Window
//會用白色北景來刷新，導致畫面閃爍
return TRUE;//只要空返回即可。
}
5. 處理 OnDraw()
void CTestView::OnDraw(CDC* pDC)
{
wglMakeCurrent(m_pDC->m_hDC,m_hRC);//使 RC 與當前 DC 相關聯
myDrawScene( ); //具體的繪圖函數，在 RC 中繪製
SwapBuffers(m_pDC->m_hDC);//把 RC 中所繪傳到當前的 DC 上，從而
//在屏幕上顯示
wglMakeCurrent(m_pDC->m_hDC,NULL);//釋放 RC，以便其它 DC 進行繪圖
}
void CTestView::myDrawScene( )
{
glClearColor(0.0f,0.0f,0.0f,1.0f);//設置背景顏色爲黑色
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT|GL_DEPTH_BUFFER_BIT);
glPushMatrix();
glTranslated(0.0f,0.0f,-3.0f);//把物體沿(0,0,-1)方向平移
//以便投影時可見。因爲缺省的視點在(0,0,0),只有移開
//物體才能可見。
//本例是爲了演示平面 Bezier 曲線的，只要作一個旋轉
//變換，可更清楚的看到其 3D 效果。
//下面畫一條 Bezier 曲線
bezier_curve.myPolygon();//畫Bezier曲線的控制多邊形
bezier_curve.myDraw(); //CBezierCurve bezier_curve
//是 CTestView 的成員變量
//具體的函數見附錄
glPopMatrix();
glFlush(); //結束 RC 繪圖
return;
}
6. 處理 OnSize()
void CTestView::OnSize(UINT nType, int cx, int cy)
{
CView::OnSize(nType, cx, cy);
VERIFY(wglMakeCurrent(m_pDC->m_hDC,m_hRC));//確認RC與當前DC關聯
w=cx;
h=cy;
VERIFY(wglMakeCurrent(NULL,NULL));//確認DC釋放RC
}
7 處理 OnLButtonDown()
void CTestView::OnLButtonDown(UINT nFlags, CPoint point)
{
CView::OnLButtonDown(nFlags, point);
if(bezier_curve.m_N>MAX-1)
{
MessageBox("頂點個數超過了最大數MAX=50");
return;
}
//以下爲座標變換作準備
GetClientRect(&m_ClientRect);//獲取視口區域大小
w=m_ClientRect.right-m_ClientRect.left;//視口寬度 w
h=m_ClientRect.bottom-m_ClientRect.top;//視口高度 h
//w,h 是CTestView的成員變量
centerx=(m_ClientRect.left+m_ClientRect.right)/2;//中心位置，
centery=(m_ClientRect.top+m_ClientRect.bottom)/2;//取之作原點
//centerx,centery 是 CTestView 的成員變量
GLdouble tmpx,tmpy;
tmpx=scrx2glx(point.x);//屏幕上點座標轉化爲OpenGL畫圖的規範座標
tmpy=scry2gly(point.y);
bezier_curve.m_Vertex[bezier_curve.m_N].x=tmpx;//加一個頂點
bezier_curve.m_Vertex[bezier_curve.m_N].y=tmpy;
bezier_curve.m_N++;//頂點數加一
InvalidateRect(NULL,TRUE);//發送刷新重繪消息
}
double CTestView::scrx2glx(int scrx)
{
return (double)(scrx-centerx)/double(h);
}
double CTestView::scry2gly(int scry)
{
}
附錄：
1.CBezierCurve 的聲明: (BezierCurve.h)
class CBezierCurve
{
public:
myPOINT2D m_Vertex[MAX];//控制頂點，以數組存儲
//myPOINT2D 是一個存二維點的結構
//成員爲Gldouble x,y
int m_N; //控制頂點的個數
public:
CBezierCurve();
virtual ~CBezierCurve();
void bezier_generation(myPOINT2D P[MAX],int level);
//算法的具體實現
void myDraw();//畫曲線函數
void myPolygon(); //畫控制多邊形
};
2. CBezierCurve 的實現: (BezierCurve.cpp)
CBezierCurve::CBezierCurve()
{
m_N=4;
m_Vertex[0].x=-0.5f;
m_Vertex[0].y=-0.5f;
m_Vertex[1].x=-0.5f;
m_Vertex[1].y=0.5f;
m_Vertex[2].x=0.5f;
m_Vertex[2].y=0.5f;
m_Vertex[3].x=0.5f;
m_Vertex[3].y=-0.5f;
}
CBezierCurve::~CBezierCurve()
{
}
void CBezierCurve::myDraw()
{
bezier_generation(m_Vertex,LEVEL);
}
void CBezierCurve::bezier_generation(myPOINT2D P[MAX], int level)
{ //算法的具體描述，請參考相關書本
int i,j;
level--;
if(level<0)return;
if(level==0)
{
glColor3f(1.0f,1.0f,1.0f);
glBegin(GL_LINES); //畫出線段
glVertex2d(P[0].x,P[0].y);
glVertex2d(P[m_N-1].x,P[m_N-1].y);
glEnd();//結束畫線段
return; //遞歸到了最底層，跳出遞歸
}
myPOINT2D Q[MAX],R[MAX];
for(i=0;i {
Q.x=P.x;
Q.y=P.y;
}
for(i=1;i<m_N;i++)
{
R[m_N-i].x=Q[m_N-1].x;
R[m_N-i].y=Q[m_N-1].y;
for(j=m_N-1;j>=i;j--)
{
Q[j].x=(Q[j-1].x+Q[j].x)/double(2);
Q[j].y=(Q[j-1].y+Q[j].y)/double(2);
}
}
R[0].x=Q[m_N-1].x;
R[0].y=Q[m_N-1].y;
bezier_generation(Q,level);
bezier_generation(R,level);
}
void CBezierCurve::myPolygon()
{
glBegin(GL_LINE_STRIP); //畫出連線段
glColor3f(0.2f,0.4f,0.4f);
for(int i=0;i<m_N;i++)
{
glVertex2d(m_Vertex.x,m_Vertex.y);
}
glEnd();//結束畫連線段
}

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OpenGL與DirectX的區別
OpenGL 只是圖形函數庫。
DirectX 包含圖形, 聲音, 輸入, 網絡等模塊。
OpenGL穩定，可跨平臺使用。DirectX僅能用於Windows系列平臺，包括Windows Mobile/CE系列以及XBOX/XBOX360。
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1995年至1996年，微軟實行了一項新計劃，以支持在Windows95上運行遊戲，目標是把市場擴展到被任天堂和世嘉控制的遊戲領域。然而，微軟不 想用已經在NT上提供的OpenGL技術。微軟收購了Rendermorphics,Ltd.並得到他的被稱作RealityLab的3D API。經重新整理，微軟發佈了新的3D API——Direct3D。
微軟，推行Direct3D，凍結OpenGL！
微軟當時拒絕了在Window95上支持OpenGL。不止如此，微軟採取異常手段收回對OpenGL的MCD驅動接口的支持，以致硬件廠商不得不放棄已 經進入最後測試的OpenGL驅動。微軟的市場部門開始向遊戲開發商、硬件廠商、新聞出版機構推銷Direct3D，同時排斥OpenGL。
API之戰！
Silicon Graphics和很多OpenGL用戶都依賴OpenGL創新且高性能的技術。但很明顯微軟打算用Direct3D代替OpenGL，儘管D3D有很多 問題而且不能像OpenGL那樣被硬件廠商擴展。Silicon Graphics決定在1996 SIGGRAPH會議上作一項演示。演示證明OpenGL至少和D3D一樣快，從而駁倒微軟的市場論調。因爲OpenGL是業界公認標準，比D3D功能豐 富，而且圖像質量要高一些，所以演示在計算機圖形和遊戲開發社區導致了激烈論戰。
遊戲開發者要求OpenGL和D3D站在同等地位！
當技術和市場問題暴露，強烈的支持OpenGL行動開始了。Doom的開發者John Carmack聲明拒絕D3D，Chris Hecker在遊戲開發雜誌上發表了兩套API的全面分析，移微軟應放棄D3D爲結論。遊戲開發者先後兩次向微軟遞交請願書。第一次由56名首席遊戲開發 者要求微軟發行OpenGL MCD驅動，但未成功，因爲會讓OpenGL與D3D競爭。第二次的公開信由254人簽名開始，截止時達到1400人。微軟的回答仍是重申舊市場立場。盡 管請願者清楚的要求兩套API同等競爭以促進發展，微軟卻以增加D3D的投資、更加減少OpenGL的投資爲迴應。
Fahrenheit——D3D與OpenGL的合併？
Silicon Graphics，Microsoft, HP，Intel達成協議聯合開發下一代3D API——Fahrenheit。但不了了之，因爲微軟的打算是把OpenGL的技術用到D3D裏並且以此之名驅除OpenGL的威脅。（估計 DirectX 8 Graphics即是剩下微軟獨自開發的Fahrenheit，吸收了OpenGL的很多東西。）
OpenGL豪氣不減當年！
OpenGL依然是唯一能與微軟單獨控制的D3D對立的API，儘管Silicon Graphics不再以任何微軟不能接受的方式推行OpenGL。遊戲開發這是獨立的，並且很多關鍵人物在用OpenGL，因此，硬件廠商正努力提高對其 支持。D3D仍不能支持高端圖像和專業應用，而OpenGL主宰着這些土地。在開放原碼社區，Mesa項目正提供獨立於微軟的OpenGL驅動。
譯者注：表面上好像D3D比OpenGL支持更多的功能，其實由於D3D不支持硬件擴展，如硬件全景陰影，硬件渲染順序無關半透明材質等新技術根本無法使 用，而D3D（特指D3D8）本身提供的功能只有一小部分能在使用HAL且硬件不支持時模擬，你要用大量代碼分析硬件能力和採取不同策略