opengl主要功能介绍 - 全文

　　Open GL仍然是唯一能够取代微软对3D图形技术的完全控制的API。它仍然具有一定的生命力，但是Silicon Graphics已经不再以任何让微软不悦的方式推广Open GL，因而它存在较高的风险。游戏开发人员是一个有着独立思想的群体，很多重要的开发人员目前仍然在使用Open GL。因此，硬件开发商正在设法加强对它的支持。Direct3D目前还不能支持高端的图形设备和专业应用； Open GL在这些领域占据着统治地位。最后，开放源码社区（尤其是Mesa项目）一直致力于为任何类型的计算机（无论它们是否使用微软的操作系统）提供Open GL支持。

　　

　　目前，国内的三维游戏开发技术正处于赶超国外的关键时期，从创意、策划、研究开发与实现，到游戏的运营与维护，都有大量的知识值得学习和摸索。由于 Linux 操作系统平台的大力推广，基于Linux 的各种应用软件也不断壮大，因此基于跨平台图形库的跨平台三维游戏开发也越来越受重视。OpenGL（open graphics library）是一种独立的平台无关的三维图形开发库，在各种语言下进行主框架开发并结合应用OpenGL 函数都可以开发出三维游戏。但是由于框架开发的平台相关性使游戏无法跨平台编译运行，因此glut+OpenGL 的方式成了一种很好的选择。但是在对复杂框架和各种媒体的支持方面，glut 并不理想。在Linux 下可以采用FLTK 等框架平台技术实现包括按钮在内的比较复杂的框架功能，但是需要专门的Linux 开发环境，众多的Window 环境下的KDE 爱好者明显对此无法适从。相反，SDL（Simple DirectMedia Layer）作为免费的跨平台多媒体应用编程接口，已经被人们广泛用于开发二维游戏，其优秀的消息框架支持、文件支持和声音支持等都使得它成为能与微软DirectX 匹敌的最为成熟的技术之一。

　　OpenGL基本功能

　　OpenGL能够对整个三维模型进行渲染着色，从而绘制出与客观世界十分类似的三维景象。另外OpenGL还可以进行三维交互、动作模拟等。具体的功能主要有以下这些内容。

　　模型绘制

　　OpenGL能够绘制点、线和多边形。应用这些基本的形体，我们可以构造出几乎所有的三维模型。OpenGL通常用模型的多边形的顶点来描述三维模型。如何通过多边形及其顶点来描述三维模型，在指南的在后续章节会有详细的介绍。

　　模型观察

　　在建立了三维景物模型后，就需要用OpenGL描述如何观察所建立的三维模型。观察三维模型是通过一系列的坐标变换进行的。模型的坐标变换在使观察者能够在视点位置观察与视点相适应的三维模型景观。在整个三维模型的观察过程中，投影变换的类型决定观察三维模型的观察方式，不同的投影变换得到的三维模型的景象也是不同的。最后的视窗变换则对模型的景象进行裁剪缩放，即决定整个三维模型在屏幕上的图象。

　　颜色模式的指定

　　OpenGL应用了一些专门的函数来指定三维模型的颜色。程序员可以选择二个颜色模式，即RGBA模式和颜色表模式。在RGBA模式中，颜色直接由RGB值来指定；在颜色表模式中，颜色值则由颜色表中的一个颜色索引值来指定。程序员还可以选择平面着色和光滑着色二种着色方式对整个三维景观进行着色。

　　

　　光照应用

　　用OpenGL绘制的三维模型必须加上光照才能更加与客观物体相似。OpenGL提供了管理四种光（辐射光、环境光、镜面光和漫反射光）的方法，另外还可以指定模型表面的反射特性。

　　图象效果增强

　　OpenGL提供了一系列的增强三维景观的图象效果的函数，这些函数通过反走样、混合和雾化来增强图象的效果。反走样用于改善图象中线段图形的锯齿而更平滑，混合用于处理模型的半透明效果，雾使得影像从视点到远处逐渐褪色，更接近于真实。

　　位图和图象处理

　　OpenGL还提供了专门对位图和图象进行操作的函数。

　　纹理映射

　　三维景物因缺少景物的具体细节而显得不够真实，为了更加逼真地表现三维景物，OpenGL提供了纹理映射的功能。OpenGL提供的一系列纹理映射函数使得开发者可以十分方便地把真实图象贴到景物的多边形上，从而可以在视窗内绘制逼真的三维景观。

　　实时动画

　　为了获得平滑的动画效果，需要先在内存中生成下一幅图象，然后把已经生成的图象从内存拷贝到屏幕上，这就是OpenGL的双缓存技术（double buffer）。OpenGL提供了双缓存技术的一系列函数。

　　交互技术

　　目前有许多图形应用需要人机交互，OpenGL提供了方便的三维图形人机交互接口，用户可以选择修改三维景观中的物体。

　　高级功能

　　OpenGL被设计为只有输出的，所以它只提供渲染功能。核心API没有窗口系统、音频、打印、键盘/鼠标或其它输入设备的概念。虽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，允许跨平台开发。然而，有些整合于原生窗口系统的东西需要允许和宿主系统交互。这通过下列附加API实现：

　　* GLX - X11（包括透明的网络）

　　* WGL - Microsoft Windows

　　* AGL - Apple MacOS

　　另外，GLUT库能够以可移植的方式提供基本的窗口功能。

　

　　编辑本段扩展

　　当独立厂商创建一种新技术时，OpenGL标准允许它们通过“扩展”的方法提供所扩展的功能。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。每个厂商有一个用于命名它们的新函数和常量的字母缩写。例如，NVIDIA的缩写（“NV”）用于定义它们的专有函数“glCombinerPara-

　　meterfvNV（）”和它们的常量“GL_NORMAL_MAP_NV”。如果多于一个厂商同意实现相同的扩展功能，那么就用缩写“EXT”。进一步，架构评审委员会可能“祝福”这个扩展，那么这就被称为一个“标准扩展”，使用缩写“ARB”。第一个ARB扩展是GL_ARB_multitexture。根据官方扩展提升路径，多纹理不再是可选实现的ARB扩展，它已经是OpenGL 1.4以后的核心API的一部分。

　　几个库创建在OpenGL之上，提供了OpenGL本身没有的功能：

　　1）GLU

　　2）GLUT

　　3）GLUI

　　4）GLEW

　　5）GLEE

　　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，可以创建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。

　　绑定

　　为了加强它的多语言和多平台特性，已经用很多语言开发了OpenGL的各种绑定和移植。最值得注意的是，Java3D库已经可以利用OpenGL（另一个选择可能是DirectX）作为它的硬件加速了。OpenGL官方网页［1］列出了用于Java、Fortran90、Perl、Pike、Python、Ada和Visual Basic的多个绑定。

　　OpenGL 3.1规范

　　Khronos Group在2009年3月又公布了升级版新规范OpenGL 3.1，也是这套跨平台免费API有史以来的第九次更新。

　　OpenGL 3.1将此前引入的OpenGL着色语言“GLSL”从1.30版升级到了1.40版，通过改进程序增强了对最新可编程图形硬件的访问，还有更高效的顶点处理、扩展的纹理功能、更弹性的缓冲管理等等。宽泛地讲，OpenGL 3.1在3.0版的基础上对整个API模型体系进行了简化，可大幅提高软件开发效率。

　　OpenGL 3.1主要新特性：Texture Buffer Objects（纹理缓冲对象）、Uniform Buffer Objects（统一缓冲对象）、Signed Normalized Textures（符号正常化纹理）、Primitive Restart（基本元素重启）、Instancing（实例化）、CopyBuffer API（拷贝缓冲接口）……

　　与OpenGL 3.1规范同步，OpenGL架构评审委员会（ARB）也发布了一个兼容性扩展，能让开发人员在访问OpenGL 3.1里已经删除的OpenGL 1.x/2.x功能，确保应用程序的全面向下兼容性。

　　OpenGL 3.1公布后，业界图形厂商很快予以了大力支持。AMD OpenGL主管Suki Samra表示：“AMD全面用户OpenGL API，会在今后的Radeon和FirePro产品驱动程序中支持OpenGL 3.1。”NVIDIA市场营销副总裁Dan Vivoli表示：“NVIDIA承诺尽快部署OpenGL 3.1，我们也很自豪地在规范公布同一天放出了自己的测试版驱动程序。”

　　市场调研机构Jon Peddie Research预测，OpenGL 3.1规范图形硬件的安装规模将超过1亿。AMD、NVIDIA、S3 Graphics的显卡驱动目前都已经支持OpenGL 3.0。