int(0)
Реклама


OpenGL

OpenGL
Логотип программы OpenGL
Скриншот программы OpenGL
Тип API
Разработчик Silicon Graphics, затем Khronos Group
Написана на Си и OpenGL Shading Language
Операционная система Кроссплатформенное программное обеспечение
Первый выпуск январь 1994
Последняя версия 4.6 (31 июля 2017)
Состояние смотрите Vulkan
Лицензия EULA, ACORP
Сайт opengl.org
Логотип Викисклада Медиафайлы на Викискладе

OpenGL (Open Graphics Library) — спецификация, определяющая платформонезависимый (независимый от языка программирования) программный интерфейс для написания приложений, использующих двумерную и трёхмерную компьютерную графику. Разрабатывается в США и Европе, имеет тип лицензий GNU-/EU/.

Включает более 300 функций для рисования сложных трёхмерных сцен из простых примитивов. Используется при создании компьютерных игр, САПР, виртуальной реальности, визуализации в научных исследованиях. На платформе Windows конкурирует с Direct3D.

Спецификация[ | код]

A Graphics Pipeline Process

На базовом уровне, OpenGL — это просто спецификация, то есть документ, описывающий набор функций и их точное поведение. Производители оборудования на основе этой спецификации создают реализации — библиотеки функций, соответствующих набору функций спецификации. Реализация призвана эффективно использовать возможности оборудования. Если аппаратура не позволяет реализовать какую-либо возможность, она должна быть эмулирована программно. Производители аппаратуры проходят ряд специфических тестов (conformance tests — тесты на соответствие), прежде чем реализация будет классифицирована как OpenGL-реализация. Так как разработчикам программного обеспечения достаточно научиться использовать функции, описанные в спецификации, их реализация остаётся разработчикам аппаратного обеспечения.

Эффективные реализации OpenGL существуют для Windows, Unix-платформ и Mac OS. Эти реализации обычно предоставляются изготовителями видеоадаптеров и активно используют возможности последних. Существуют также открытые реализации спецификации OpenGL, одной из которых является библиотека Mesa. Из лицензионных соображений Mesa является «неофициальной» реализацией OpenGL, хотя полностью с ней совместима на уровне кода и поддерживает как программную эмуляцию, так и аппаратное ускорение при наличии соответствующих драйверов.

Спецификация OpenGL пересматривается консорциумом ARB (Architecture Review Board), который был сформирован в 1992 году. Консорциум состоит из компаний, заинтересованных в создании широко распространённого и доступного API. Согласно официальному сайту OpenGL, членами ARB с решающим голосом на ноябрь 2004 года являются производители профессиональных графических аппаратных средств SGI, 3Dlabs, Matrox и Evans & Sutherland (военные приложения), производители потребительских графических аппаратных средств ATI и NVIDIA, производитель процессоров Intel, и изготовители компьютеров и компьютерного оборудования IBM, Apple, Dell, Hewlett-Packard и Sun Microsystems, а также один из лидеров компьютерной игровой индустрии id Software. Microsoft, один из основоположников консорциума, покинула его в марте 2003 года. Помимо постоянных членов, каждый год приглашается большое количество других компаний, становящихся частью OpenGL ARB в течение одного года. Такое большое число компаний, вовлеченных в разнообразный круг интересов, позволило OpenGL стать прикладным интерфейсом широкого назначения с большим количеством возможностей.

Курт Экли (Kurt Akeley) и Марк Сигал (Mark Segal) являются авторами оригинальной спецификации OpenGL. Крис Фрэзиер (Chris Frazier) редактировал версию 1.1. Йон Лич (Jon Leech) редактировал версии с 1.2 по версию 2.0.

Архитектура[ | код]

OpenGL ориентируется на следующие две задачи:

Основным принципом работы OpenGL является получение наборов векторных графических примитивов в виде точек, линий и треугольников с последующей математической обработкой полученных данных и построением растровой картинки на экране и/или в памяти. Векторные трансформации и растеризация выполняются графическим конвейером (graphics pipeline), который по сути представляет собой дискретный автомат. Абсолютное большинство команд OpenGL попадает в одну из двух групп: либо они добавляют графические примитивы на вход в конвейер, либо конфигурируют конвейер на различное исполнение трансформаций.

OpenGL является низкоуровневым процедурным API, что вынуждает программиста диктовать точную последовательность шагов, чтобы построить результирующую растровую графику (императивный подход). Это является основным отличием от дескрипторных подходов, когда вся сцена передается в виде структуры данных (чаще всего дерева), которое обрабатывается и строится на экране. С одной стороны, императивный подход требует от программиста глубокого знания законов трёхмерной графики и математических моделей, с другой стороны — даёт свободу внедрения различных инноваций.

Расширения[ | код]

Стандарт OpenGL, с появлением новых технологий, позволяет отдельным производителям добавлять в библиотеку функциональность через механизм расширений. Расширения распространяются с помощью двух составляющих: заголовочный файл, в котором находятся прототипы новых функций и констант, а также драйвер устройства, поставляемого разработчиком. Каждый производитель имеет аббревиатуру, которая используется при именовании его новых функций и констант. Например, компания NVIDIA имеет аббревиатуру NV, которая используется при именовании её новых функций, как, например, glCombinerParameterfvNV(), а также констант, GL_NORMAL_MAP_NV. Может случиться так, что определённое расширение могут реализовать несколько производителей. В этом случае используется аббревиатура EXT, например, glDeleteRenderbuffersEXT. В случае же, когда расширение одобряется консорциумом ARB, оно приобретает аббревиатуру ARB и становится стандартным расширением. Обычно расширения, одобренные консорциумом, включаются в одну из следующих спецификаций OpenGL.

Список зарегистрированных расширений можно найти в официальной базе расширений[1].

Дополнительные библиотеки[ | код]

Существует ряд библиотек, созданных поверх или в дополнение к OpenGL. Например, библиотека GLU, являющаяся практически стандартным дополнением OpenGL и всегда её сопровождающая, построена поверх последней, то есть использует её функции для реализации своих возможностей. Другие библиотеки, как, например, GLUT и SDL, созданы для реализации возможностей, недоступных в OpenGL. К таким возможностям относятся создание интерфейса пользователя (окна, кнопки, меню и др.), настройка контекста рисования (область рисования, использующаяся OpenGL), обработка сообщений от устройств ввода-вывода (клавиатура, мышь и др.), а также работа с файлами. Обычно каждый оконный менеджер имеет собственную библиотеку-расширение для реализации вышеописанных возможностей, например, WGL в Windows или GLX в X Window System, однако библиотеки GLUT и SDL являются кроссплатформенными, что облегчает перенос написанных приложений на другие платформы.

Библиотеки GLEW (The OpenGL Extension Wrangler Library) и GLEE (The OpenGL Easy Extension library) созданы для облегчения работы с расширениями и различными версиями OpenGL. Это особенно актуально для программистов в Windows, так как заголовочные и библиотечные файлы, поставляемые с Visual Studio, находятся на уровне версии OpenGL 1.1.

OpenGL имеет только набор геометрических примитивов (точки, линии, многоугольники) из которых создаются все трёхмерные объекты. Порой подобный уровень детализации не всегда удобен при создании сцен. Поэтому поверх OpenGL были созданы более высокоуровневые библиотеки, такие как Open Inventor и VTK. Данные библиотеки позволяют оперировать более сложными трёхмерными объектами, что облегчает и ускоряет создание трёхмерной сцены.

GLM (OpenGL Mathematics) — вспомогательная библиотека, предоставляющая программистам на C++ классы и функции для выполнения математических операций. Библиотека может использоваться при создании 3D-программ с использованием OpenGL[2]. Одной из характеристик GLM является то, что реализация основана на спецификации GLSL. Исходный код GLM использует лицензию MIT.

Независимость от языка программирования[ | код]

Для подтверждения независимости от языка программирования были разработаны различные варианты привязки (binding) функций OpenGL или полностью перенесены на другие языки. Одним из примеров может служить библиотека Java 3D, которая может использовать аппаратное ускорение OpenGL. Прямая привязка функций реализована в Lightweight Java Game Library[3], которая имеет прямую привязку OpenGL для Java. Sun также выпустила версию Java OpenGL (JOGL), которая предоставляет прямую привязку к Си-функциям OpenGL, в отличие от Java 3D, которая не имеет столь низкоуровневой поддержки. Официальный сайт OpenGL имеет ссылки на привязки для языков Java, Фортран 90, Perl, Pike, Python, Ada, Visual Basic и Pascal[4]. Имеются также варианты привязки OpenGL для языков C++ и C#[5].

История[ | код]

Компьютерная графика нашла широкое распространение и применение в повседневной жизни. Учёные используют компьютерную графику для анализа результатов моделирования. Инженеры и архитекторы используют трёхмерную графику для создания виртуальных моделей. Кинематографисты создают спецэффекты или полностью анимированные фильмы («Шрек», «История игрушек» и др.). В последние годы широкое распространение получили также компьютерные игры, максимально использующие трёхмерную графику для создания виртуальных миров.

Распространению компьютерной графики сопутствовали свои трудности. В 1990-х разработка программного продукта, способного работать на большом количестве графического оборудования, была сопряжена с большими временны́ми и финансовыми затратами. Было необходимо отдельно создавать модули для каждого типа графических адаптеров, что порой приводило к размножению одинакового программного кода. Это сильно тормозило развитие и распространение компьютерной графики.

Silicon Graphics (SGI) специализировалась на создании высокотехнологического графического оборудования и программных средств. Являясь в то время лидером в трёхмерной графике, SGI видела проблемы и барьеры в росте рынка. Поэтому было принято решение стандартизировать метод доступа к графической аппаратуре на уровне программного интерфейса.

Таким образом появился программный интерфейс OpenGL, который стандартизирует доступ к графической аппаратуре путём смещения ответственности за создание аппаратного драйвера на производителя графического устройства. Это позволило разработчикам программного обеспечения использовать более высокий уровень абстракции от графического оборудования, что значительно ускорило создание новых программных продуктов и снизило на них затраты.

В 1992 году компания SGI возглавила OpenGL ARB — группу компаний по разработке спецификации OpenGL. OpenGL произошёл от 3D-интерфейса SGI — IRIS GL. Одним из ограничений IRIS GL было то, что он позволял использовать только возможности, поддерживаемые оборудованием; если возможность не была реализована аппаратно, приложение не могло её использовать. OpenGL преодолевает эту проблему за счёт программной реализации возможностей, не предоставляемых аппаратно, что позволяет приложениям использовать этот интерфейс на относительно маломощных системах.

В 1995 году была выпущена библиотека Direct3D от Microsoft. Вскоре Microsoft, SGI и Hewlett-Packard начали проект под названием Fahrenheit, который предусматривал создание более универсального программного интерфейса на основе Direct3D и OpenGL. Идея казалась достаточно обещающей, призванной навести порядок в области интерактивной трёхмерной графики, однако, в результате финансовых трудностей в SGI и отсутствия должной индустриальной поддержки, проект был закрыт.

OpenGL 2.0[ | код]

В сентябре 2001 года 3DLabs раскрыла своё видение OpenGL 2.0.

OpenGL версии 2.0 была представлена 3Dlabs в ответ на беспокойство относительно медленного и нечёткого направления развития OpenGL. 3Dlabs предложила ряд существенных дополнений к стандарту, наиболее значимым из которого было добавление к ядру OpenGL языка шейдеров GLSL (OpenGL Shading Language). Это позволяет программисту заменить фиксированный конвейер OpenGL небольшими программами на специальном языке для создания различных эффектов, таких, как bump mapping, normal mapping, parallax mapping, HDR и т. д.

Однако ещё до введения в стандарт OpenGL языка GLSL существовала возможность разрабатывать спецэффекты на языках ассемблера (расширения vertex_program, fragment_program) и Cg (NVidia C for Graphics). Многие предложенные возможности пока отсутствуют в версии OpenGL 2.0, хотя некоторые из них реализованы многими производителями в виде расширений.

OpenGL 2.1[ | код]

Вышел в свет 2 июля 2006 года.

Добавлена поддержка GLSL версии 1.2

Новые расширения:

OpenGL 3.0[ | код]

11 августа 2008 года Khronos Group представила новую версию спецификации OpenGL[6].

Поддерживают видеокарты: Radeon серии HD; GeForce 8, 9, GTX 100, GTX 200, GTX 300 и GTX 400 серий.

OpenGL 3.1[ | код]

24 марта 2009 года Khronos Group анонсировала OpenGL 3.1. В новой версии произведена чистка компонентов, которые были объявлены устаревшими, но оставались в OpenGL 3.0 для сглаживания перехода на новую версию API (устаревшие компоненты возможно в дальнейшем использовать через расширение GL_ARB_compatibility).

OpenGL 3.2[ | код]

3 августа 2009 года Khronos Group анонсировала OpenGL 3.2. Новая версия продолжает развитие стандарта OpenGL, чтобы дать разработчикам графики доступ к передовой функциональности GPU.

Поддерживают видеокарты: Radeon серии HD; GeForce 8000, 9000, GTX серий 200 и 400.

Нововведения:

OpenGL 3.3[ | код]

Представлена вместе с OpenGL 4.0 11 марта 2010 года. Позволяет максимально возможно приблизиться к функциональности OpenGL 4.0 на аппаратной базе предыдущего поколения.

OpenGL 4.0[ | код]

11 марта 2010 года Khronos Group представила финальный вариант спецификации OpenGL 4.0 и языка шейдеров GLSL 4.0. OpenGL 4.0 полностью обратно совместим со старыми расширениями OpenGL, используя режим совместимости введенный в OpenGL 3.2[7].

Среди нововведений[8]:

OpenGL 4.1[ | код]

26 июля 2010 года, Khronos Group анонсировала спецификацию OpenGL 4.1. Спецификация включает в себя обновление GLSL (GL Shading language) до версии 4.10.

Нововведения:

Новые расширения:

OpenGL 4.2[ | код]

8 августа 2011 года Khronos Group опубликовала спецификацию OpenGL 4.2 и языка шейдеров GLSL 4.2[9].

Нововведения:

OpenGL 4.3[ | код]

6 августа 2012 года Khronos Group опубликовала на SIGGRAPH 2012 спецификации OpenGL 4.3[10][11]. Кроме новых возможностей, OpenGL 4.3 приносит поддержку нового типа шейдеров через расширение GL_ARB_compute_shader. Новая версия обратно совместима с предыдущими.

OpenGL 4.4[ | код]

Поддерживается видеокартами: AMD/ATi Radeon HD 5000/6000/7000/8000 и 200 серии, Nvidia GeForce 400/500/600/700/980 серии.

22 июля 2013 года Khronos Group на SIGGRAPH в Анахайм, Калифорния опубликовала спецификации OpenGL 4.4[12].

OpenGL 4.5[ | код]

Поддерживается видеокартами: AMD/ATi Radeon на базе архитектуры GCN, Nvidia GeForce 400/500/600/700/800/900 серии.

11 августа 2014 года Khronos Group на SIGGRAPH в Ванкувере, Канада опубликовала спецификации OpenGL 4.5[13].

OpenGL 4.6[ | код]

31 июля 2017 года Khronos Group опубликовала спецификации OpenGL 4.6. Основным нововведением является переносимое промежуточное представление шейдеров SPIR-V  (англ.), изначально разработанное для API Vulkan[14].

Будущее OpenGL[ | код]

Apple[ | код]

Компания Apple в июне 2018 на мероприятии WWDC объявила устаревшими технологии OpenGL и OpenGL ES. [15]

Google[ | код]

Операционные системы Fuchsia и Stadia изначально поддерживают только Vulkan.

Valve[ | код]

17 сентября 2021 Компания Valve удалила поддержку OpenGL из популярной игры Dota 2[16] [17]

ID Software[ | код]

Все новые игры начиная с 2016 года использующие ID Tech 6 в качестве интерфейса рендиринга используют Vulkan.

ID Tech 7 поддерживает только Vulkan

Atypical Games[ | код]

Atypical Games при поддержке Samsung взяли на себя задачу внедрить в свой движок поддержку Vulkan. В конце концов стало ясно, что реализация Vulkan фактически заменит OpenGL на всех платформах, кроме Apple [18]

Vulkan[ | код]

Vulkan, ранее известный как glNext, — новый API, отвечающий требованиям современных реалий и устраняющий основные недостатки OpenGL. Он предлагает более низкие накладные расходы и более непосредственный контроль над GPU. Khronos Group ведёт его разработку с 2014 года. Версия 1.0 была выпущена 16 февраля 2016 года[19].

См. также[ | код]

Примечания[ | код]

  1. Registry (redirect) (недоступная ссылка). Дата обращения: 21 января 2006. Архивировано 5 февраля 2008 года.
  2. GLSL + Optional features = OpenGL Mathematics (GLM). A C++ mathematics library for 3D graphics (англ.)
  3. LWJGL (англ.) — OpenGL-привязка для Java языка и другие компоненты для разработки игр
  4. Programming Language Bindings to OpenGL
  5. Exocortex | Computer graphics and simulation software (недоступная ссылка). Дата обращения: 21 января 2006. Архивировано 28 января 2006 года.
  6. The Khronos Group announced today it has released the OpenGL 3.0 specification (англ.) (недоступная ссылка). opengl.org (11 августа 2008). Дата обращения: 5 июня 2009. Архивировано 25 августа 2011 года.
  7. Khronos Unleashes Cutting-Edge, Cross-Platform Graphics Acceleration with OpenGL 4.0 (недоступная ссылка). Khronos Press Releases (11 марта 2010). Дата обращения: 11 марта 2010. Архивировано 25 августа 2011 года.
  8. Обзор новшеств OpenGL 4.0 (недоступная ссылка). OpenNet (???). Дата обращения: ???. Архивировано 21 января 2012 года.
  9. Khronos Enriches Cross-Platform 3D Graphics with Release of OpenGL 4.2 Specification (недоступная ссылка). Khronos Group (8 августа 2011). Дата обращения: 7 августа 2012. Архивировано 25 августа 2011 года.
  10. Khronos Releases OpenGL 4.3 Specification with Major Enhancements
  11. PCGamer, Khronos releases OpenGL 4.3
  12. Khronos Releases OpenGL 4.4 Specification
  13. Khronos Group Announces Key Advances in OpenGL Ecosystem
  14. Khronos Releases OpenGL 4.6 with SPIR-V Support
  15. Apple Inc. What's New in iOS - Apple Developer (англ.). developer.apple.com. — «Apps built using OpenGL ES will continue to run in iOS 12, but OpenGL ES is deprecated in iOS 13.». Дата обращения: 7 августа 2018.
  16. In the coming months, Dota 2 will remove support for 32-bit systems, OpenGL, and DirectX 9.
  17. Valve's Dota 2 to drop support for 32-bit systems, DirectX 9, and OpenGL.
  18. Jet Set Vulkan : Reflecting on the move to Vulkan.
  19. Khronos Releases Vulkan 1.0 Specification

Литература[ | код]

Ссылки[ | код]

Уроки, примеры и дополнительные ресурсы
Реклама