Opengl что это

29.08.202228.08.2022 admin 0 Комментариев

Opengl что это

The Industry’s Foundation for High Performance Graphics

from games to virtual reality, mobile phones to supercomputers

OpenGL Headline News

The Vulkan website has a new home and look!

It has been a while in the making but we are very excited to launch the new Vulkan website to the community. Don’t worry, Vulkan is still maintained and owned by The Khronos Group; we just felt that it had outgrown its old website now that it has been five years since the Vulkan 1.0 launch.

The original Vulkan website was designed for the launch of a cutting edge new API that would, initially, have limited official materials and community content. The old website performed that role admirably, but Vulkan has come a long way and we now have a large and increasing amount of tools, libraries, educational material, and news to showcase that a single page website cannot handle. The new website allows us to gather all these currently disparate internal and community resources in a single, easily navigable place.

Our primary goal with the new vulkan.org site was to place key resources prominently to allow developers to quickly and easily find what they need. With this in mind, each page has buttons in the banner leading straight to the most essential and popular resources. If you need the Vulkan Specification, SDK or Guide you can just jump straight there, no digging needed.

The new site has a whole page dedicated to Vulkan tools and support, giving developers access to SDKs, profilers, debuggers, libraries, language bindings, game engines and frameworks all easy to navigate to through a series of quick buttons. This is a huge improvement and it let’s developers discover new tools or quickly find their go to favorites.

Vulkan is enjoying a boom in adoption by world class developers and we want to make sure we are showcasing this exciting content to our visitors. As such you’ll notice much more prominent use of imagery across the site that will be updated as time goes on and new content is available. There is also now a dedicated “Made with Vulkan” showcase which is a living list of Vulkan content and reveals just how powerful and versatile the API is. If you have a Vulkan project that you would like to let us know about, please use the linked form on the Made with Vulkan page above the showcase.

We hope this website becomes a new focal point for the Vulkan community and improves the Vulkan development experience for both new and experienced developers.

NVIDIA provides OpenGL-accelerated Remote Desktop for GeForce

In these days of social distancing, game developers and content creators all over the world are working from home and asking for help using Windows Remote Desktop streaming with the OpenGL tools they use. NVIDIA has created a special tool for GeForce GPUs to accelerate Windows Remote Desktop streaming with GeForce drivers R440 or later. Download and run the executable (nvidiaopenglrdp.exe) from the DesignWorks website as Administrator on the remote Windows PC where your OpenGL application will run. A dialog will confirm that OpenGL acceleration is enabled for Remote Desktop and if a reboot is required.

Mesa 20.0 Now Defaults To The New Intel Gallium3D Driver For Faster OpenGL

After missing their original target of transitioning to Intel Gallium3D by default for Mesa 19.3 as the preferred OpenGL Linux driver on Intel graphics hardware, this milestone has now been reached for Mesa 20.0.

Khronos Group Releases Vulkan 1.2

The Khronos Group announces the release of the Vulkan 1.2 specification for GPU acceleration. This release integrates 23 proven extensions into the core Vulkan API, bringing significant developer-requested access to new hardware functionality, improved application performance, and enhanced API usability. Multiple GPU vendors have certified conformant implementations, and significant open source tooling is expected during January 2020. Vulkan continues to evolve by listening to developer needs, shipping new functionality as extensions, and then consolidating extensions that receive positive developer feedback into a unified core API specification. Khronos and the Vulkan community will support Vulkan 1.2 in a wide range of open source compilers, tools, and debuggers by the end of January 2020. Driver release updates will be posted on the Vulkan Public Release Tracker.

Find more information on the Vulkan 1.2 specification and associated tests and tools at:

NVIDIA announces Nsight Systems 2019.6 with OpenGL improvements

NVIDIA Nsight Systems 2019.6 is now available for download. This release expands graphics trace on Windows by adding support for Direct3D 11, WDDM CPU+GPU queues, and OpenGL. On Linux, new features include support for CUDA 10.2, simultaneous CLI sessions, DWARF unwind and capture by hotkey.

Источник

learnopengl. Урок 1.1 — OpenGL

Здравствуйте. Несколько недель назад я начинал серию переводов статей по изучению OpenGL. Но на 4 статье один хабровчанин заметил, что мои переводы могут нарушать лицензию, по которой распространяются учебные материалы, предоставленные в исходной статье. И действительно, мои переводы нарушали лицензию. Для разрешения этой проблемы я обратился к авторам того набора уроков, но так и не смог добиться нормального ответа. По этой причине я связался с автором другого, не менее (а возможно даже и более) крутого, набора уроков по OpenGL: Joey de Vries. И он дал полное разрешение на перевод его набора уроков. Его уроки гораздо более обширные, чем прошлый набор, поэтому эти переводы растянутся на долго. И я обещаю, будет интересно. Заинтересовавшихся прошу под кат.

Также я встал на распутье: либо я опишу все основы вроде создания окна и контекста в одной статье, чтобы не плодить статьи, но в таком случае такую огромную статью не всякий осилит; либо я также как и раньше буду переводить, опираясь на иерархию оригинала. Я решил выбрать второй вариант.

На счет уроков по Vulkan: к сожалению мне тяжело сейчас написать уроки по данному API по причине скудной видеокарты на данный момент, которая просто не поддерживает Vulkan API, поэтому уроки по данному API будут только после обновления видеокарты.

Часть 1.1 — OpenGL

Вступление

Прежде чем мы начнем наше путешествие нам стоило бы разобраться что такое OpenGL. В основном под OpenGL понимают API (Интерфейс Программирования Приложений), который предоставляет большой набор функций, которые мы можем использовать для управления графикой и изображениями. Но на самом деле OpenGL это скорее спецификация, разработанная и поддерживаемая Khronos Group.

Спецификация OpenGL описывает каким будет результат выполнения каждой конкретной функции и что она должна делать. А уже реализация этих спецификаций лежит на плечах разработчиков. И поскольку спецификация не описывает детали реализации, соответственно имеют право на существование различные реализации OpenGL, по крайней мере пока они соответствуют спецификациям.

Люди, разрабатывающие OpenGL библиотеки, зачастую, являются производителями видеокарт. Каждая видеокарта, которую вы покупаете, поддерживает конкретные версии OpenGL из набора библиотек, разработанных для данной серии видеокарт. При использовании Apple системы, OpenGL библиотеки поддерживаются Apple, под Linux существуют комбинации версий от поставщиков и пользовательских адаптаций этих библиотек. Это также означает, что если используемая вами версия OpenGL показывает странное поведение, значит, с большой вероятностью — это ошибка производителей видеокарт.

Так как большинство реализаций разрабатываются производителями видеокарт, для исправления багов требуется обновить драйвера видеокарты. Это одна из причин, почему почти все уроки рекомендуют обновлять драйвера на видеокарту.

Khronos выложила в публичный доступ все спецификации для всех версий OpenGL. Заинтересовавшийся читатель может найти спецификации OpenGL 3.3 (именно эту версию OpenGL мы будем использовать) здесь. Спецификации отлично показывают правила работы всех функций.

Core-profile и Immediate mode (Мгновенный режим)

Раньше, использование OpenGL предполагало разработку в Immediate mode (также известен как фиксированный конвейер (fixed function pipeline)), которая была проста в использовании для рисования графики. Большинство функционала OpenGL было скрыто в библиотеках и у разработчиков не было свободы в понимании вычислений, производимых OpenGL.

Разработчики требовали большей гибкости в разработке и позже спецификация стала более гибкой, а разработчики получили больше контроля над процессом отрисовки их графики. Immediate mode был прост в использовании и понимании, но он был крайне неэффективным. По этой причине спецификация указала Immediate mode как устаревший, и начиная с версии 3.2 начала мотивировать программистов использовать Core-profile режим, который исключал весь устаревший функционал.

При использовании core-profile, OpenGL заставляет нас пользоваться современными практиками. Когда мы пытаемся использовать устаревшие функции, OpenGL выбрасывает ошибку и прекращает отрисовку. Преимущества использования современных практик — это гибкость и эффективность, но к сожалению бОльшая сложность в изучении. Immediate mode является бОльшей абстракцией и он скрывает большое количество реальной работы, выполняемой OpenGL и поэтому его было легко изучать, но трудно разобраться, как OpenGL на самом деле работает. Современный подход требует от разработчика полного понимания OpenGL и графического программирования в целом и хоть это немного сложнее, такая схема позволяет добиться большей гибкости, эффективности.

Это причина, почему наши уроки основаны на Core-Profile OpenGL версии 3.3.
Хоть он немного и сложнее, но это того стоит.

Сейчас уже вышли гораздо более новые версии OpenGL (на момент написания 4.5) и вы можете спросить: зачем мы должны изучать OpenGL 3.3, когда уже вышел 4.5? Ответ довольно прост. Все старшие версии OpenGL, начиная от версии 3.3 не добавляют различные полезные возможности без изменения основной механики. Новые версии просто предоставляют немного более эффективные или более удобные способы выполнения одних и тех же операций. В результате все концепты и техники, применимые к OpenGL 3.3 можно применить к новым версиям OpenGL.

Использование новейших версий OpenGL сопряжено с одной проблемой. Исполнять новейшие API смогут только современные видеокарты.

Расширения

Отличной возможностью OpenGL является поддержка расширений. В то время, когда производители видеокарт представляют новую технологию или новую обширную оптимизацию для отрисовки, в драйверах появляется расширение, относящееся к этому событию. Если аппаратное обеспечение, на котором запущено приложение, поддерживает расширение, значит разработчик может использовать функционал, предоставляемый этим расширением для более продвинутой, или эффективной отрисовки графики. Таким образом графический программист может использовать новые технологии без ожидания их реализация в новых версиях OpenGL, просто проверив поддержку технологии видеокартой. Зачастую, если какое-то расширение пользуется большим спросом, его реализуют как часть следующей версии OpenGL.

Разработчику надо лишь проверить доступность расширения (или использовать библиотеку расширения). Такой подход позволяет программисту выполнять действия более эффективно, основываясь на имеющихся у него расширениях:

C OpenGL 3.3 нам редко будут нужны расширения, но когда будут нужны, необходимые инструкции будут предоставлены.

Конечный автомат

OpenGL по своей сути — это большой конечный автомат: набор переменных, определяющий поведение OpenGL. Под состоянием OpenGL в основном имеется ввиду контекст OpenGL. В процессе использования OpenGL, мы часто изменяем состояния, устанавливая некоторых опции, управляем буферами, а затем отрисовываем, используя текущий контекст.

Когда мы говорим OpenGL, что мы хотим начать отрисовывать, к примеру, линии, вместо треугольников, то мы меняем состояние OpenGL, изменяя опцию, отвечающую за то как OpenGL должен рисовать. После изменения состояния OpenGL, на отрисовку линий, все последующие функции отрисовки будут отрисовывать линии вместо треугольников.

Во время работы с OpenGL мы будем проходить через несколько меняющих состояния функций, которые будут менять контекст, и через несколько меняющий состояния функций, выполняющие действия в зависимости от текущего состояния OpenGL. До тех пор, пока вы держите в голове тот факт, что OpenGL — это большой конечный автомат, большинство функционала будет вам понятна.

Объекты

Библиотеки OpenGL написаны на C и имеют множественные ответвления, но в основном это C библиотека. Поскольку большинство конструкций из языка C не транслируется в высокоуровневые языки OpenGL был разработан с использованием большого количества абстракций. Одной из таких абстракций является система объектов в OpenGL.

Объект в OpenGL — это набор опций, которые представляют подмножество состояний OpenGL. К примеру мы можем создать объект, описывающий конфигурацию отрисовки окна; мы можем задать размер, количество цветов и так далее. Такой объект можно представить C-подобной структурой:

Примитивные типы
Заметьте, что при использовании OpenGL рекомендуется использовать примитивы, заданные OpenGL. Вместо использования float записывать его с приставной GL. Тоже самое для int, uint char, bool и так далее. OpenGL определяет разметку памяти для его GL примитивов для обеспечения кроссплатформенности, поскольку некоторые операционные системы могут иметь иную разметку. Использования OpenGL примитивов позволяет добиться полной кроссплатформенности вашего приложения.

Каждый раз, когда мы хотим использовать объекты в основном мы запишем это как-то так:

Этот небольшой участок кода — то, что вы будете часто встречать во время работы с OpenGL. В начале мы создаем объект и сохраняем ссылку на него в виде идентификационного номера (id). (Реальные данные объекта спрятаны в реализации). Затем мы привязываем объект к требуемой части контекста (Расположение целевого объекта окна из примера задано, как `GL_WINDOW_TARGET`). Затем мы устанавливаем значения опций окна и, в конце концов, отвязываем объект, установив id в 0. Значения, установленные нами продолжают храниться в объекте, доступ к которому мы можем получить через objectId и восстановить их снова привязав объект к GL_WINDOW_TARGET.

Данный код лишь показывает пример того, как работает OpenGL. В последствии будут представлены реальные примеры.

Основная фишка этих объектов состоит в том, что мы можем объявлять множество объектов в нашем приложении, задавать их опции и когда бы мы не запускали операции с использованием состояния OpenGL мы можем просто привязать объект с нашими предпочитаемыми настройками. К примеру этом могут быть объекты с данными 3D модели или нечто, что мы хотим на этой модели отрисовать. Владение несколькими объектами позволяет просто переключаться между ними в процессе отрисовки.

Давайте начнем

Теперь вы немного узнали про OpenGL как о спецификации, так и о библиотеке. Узнали примерный алгоритм работы и несколько особенностей, используемых OpenGL. Не расстраивайтесь, если что-то недопоняли, далее мы пошагово пройдемся по всем этапам и вы увидите достаточно примеров, чтобы разобраться во всех хитросплетениях OpenGL. Если вы уже готовы начать — то мы можем начать создавать OpenGL контекст и наше первое окно прямо тут.

Источник

OpenGL — что это такое и для чего нужна такая поддержка?

Здравствуйте, дорогие читатели! Сегодня мы с вами разберем OpenGL — что это такое, для чего используется, требуется ли что то настраивать для его эксплуатации.

Что это за программа

И сразу же хочу уточнить, что это вовсе не программа в привычном понимании, не драйвер, не протокол и не служба.

OpenGL — спецификация, которой определяется программный интерфейс для написания приложений, использующих 2D и 3D графику. По сути, это инструмент, который регулирует рендеринг изображения видеокартой.

Название расшифровывается как Open Graphics Library, то есть «Открытая графическая библиотека». Открытость инструмента означает, что им может воспользоваться любой разработчик без всякой маржи и лицензионных отчислений.

Инструмент кроссплатформенный: созданные с его помощью приложения будут работать в любой среде, которые осуществляют его поддержку.

При этом работать будут одинаково все в зависимости от мощности рабочей станции. Такая реализация освобождает разработчика от необходимости писать код под каждую конкретную платформу, что позволяет полностью сосредоточиться на графической составляющей.

Основные области применения OpenGL — видеоигры, системы автоматизированного проектирования, поддержка виртуальной реальности и визуализация различных проектов. На платформе Windows главным конкурентом технологии является DirectX.

О том, что такое DirectX и зачем он нужен, вы можете почитать вот тут.

Концепция OpenGL была разработана в 1982 году в университете Стэнфорда. Аппаратно прототип технологии впервые реализовала компания Silicon Graphics, создавшая конвейер для рендеринга. Ее разработки стали основой библиотек OpenGL.

Как работает OpenGL

Если смотреть с точки зрения разработчика, то OpenGL — программный интерфейс, который управляет работой видеокарты. Всего есть чуть более 150 команд, с помощью которых программист определяет, какие именно объекты будут отправлены на рендеринг.Этим же стандартом определяются более тонкие настройки: например, тройная буферизация, трассировка лучей или сглаживание в играх.

Нет необходимости создавать разные версии графических объектов для отображения в различных режимах качества графики: все подстраивается «на автомате», исходя из заданных программистов параметров.

Проще говоря, программист определяет отображаемые объекты в трехмерном пространстве, их взаимное положение и взаимодействие, масштабирование, угол обзора и т.д., а также цвет и текстуру, а OpenGL уже заботится об их рендеринге.

Можно утверждать, что этот инструмент только воспроизводит объекты, но не взаимодействует с устройствами ввода — мышью, клавиатурой, геймпадом или игровым рулем. За это, а также за работу менеджера окон, отвечают уже другие компоненты.

Несмотря на кажущуюся сложность, OpenGL имеет четко продуманную структуру и простой процедурный интерфейс. При этом с помощью этого инструмента можно создавать действительно сложные сцены, состоящие из множества компонентов. Вычислительных мощностей требуется меньше по сравнению с другими библиотеками.

Некоторые версии OpenGL поддерживают работу по сети: объекты рендерятся на сервере, а клиентское приложение получает только их отображение. Благодаря этому можно создавать мощные воспроизводящие комплексы, состоящие из множества компьютеров.

Следует отметить, что в отличие от главного конкурента OpenGL можно считать универсальным инструментом. Главный конкурент, DirectX, «заточен» именно под игры. Многие игры поддерживают обе технологии.

Нужно ли переключаться между ними? На мой взгляд, нет никакой разницы, что именно вы используете, Независимо от технологии существенной разницы в производительности не замечено, если речь идет о платформе Windows.

Если же вы используете эмулятор Андроид на ПК, в этом случае рекомендую переключиться OpenGL: для систем семейства Unix этот инструмент подходит больше.

Также рекомендую ознакомиться с публикациями «Что делать, если видеокарта не поддерживает DirectX» и «Как посмотреть параметры видеокарты». Буду признателен, если вы расшарите этот пост в социальных сетях. До скорой встречи!

Источник

Что такое OpenGL?

Введение

OpenGL имеет хорошо продуманную внутреннюю структуру и довольно простой процедурный интерфейс. Несмотря на это с помощью OpenGL можно создавать сложные и мощные программные комплексы, затрачивая при этом минимальное время по сравнению с другими графическими библиотеками.

Основные возможности OpenGL.

Дополнительные библиотеки OpenGL

Несмотря на то, что библиотека OpenGL (сокращённо GL) предоставляет практически все возможности для моделирования и воспроизведения трёхмерных сцен, некоторые из функций, которые требуются при работе с графикой, отсутствуют в стандартной библиотеке OpenGL.. Например, чтобы задать положение и направление камеры, с которой будет наблюдаться сцена, нужно самому рассчитывать модельную матрицу, а это далеко не все умеют. Поэтому для OpenGL существуют так называемые вспомогательные библиотеки.

Первая из этих библиотек называется GLU. Эта библиотека уже стала стандартом и поставляется вместе с главной библиотекой OpenGL. В состав этой библиотеки вошли более сложные функции, например для того чтобы определить цилиндр или диск потребуется всего одна команда. Также в библиотеку вошли функции для работы со сплайнами, реализованы дополнительные операции над матрицами и дополнительные виды проекций.

Есть ещё одна библиотека похожая на GLUT, называется она GLAUX. Это библиотека разработана фирмой Microsoft для операционной системы Windows. Она во многом схожа с библиотекой GLUT, но немного отстаёт от неё по своим возможностям. И ещё один недостаток заключается в том, что библиотека GLAUX предназначена только для Windows, в то время как GLUT поддерживает очень много операционных систем.

Альтернативы OpenGL

Хотя библиотека OpenGL и считается одной из лучших библиотек как для профессионального применения так и для игр, у неё существуют и конкуренты.

Одним из главных конкурентов считается Direct3D из пакета DirectX, разработанный фирмой Microsoft. Direct3D создавался исключительно для игровых приложений. Если сравнивать эти две библиотеки, то нельзя сказать, что одна из них лучше, а другая хуже, у каждой библиотеки имеются свои особенности. Например, если сравнивать их в плане переносимости программ с одной платформы на другую, то Direct3D будет работать только на Intel платформах под управлением операционной системы Windows, в то время программы, написанные с помощью OpenGL можно успешно перенести на такие платформы как Unix, Linux, SunOS, IRIX, Windows, MacOS и многие другие. А вот в плане объектно-ориентированного подхода OpenGL уступает Direct3D. OpenGL работает по принципу конечного автомата, переходя из одного состояния в другое, совершая при этом какие-то преобразования. Ещё одним преимуществом Direct3D является поддержка дешёвого оборудования, OpenGL же поддерживается не на всех графических картах, но для профессиональных ускорителей OpenGL является стандартом де-факто. И ещё, OpenGL легче чем Direct3D для изучения основ графики, OpenGL можно применять например для начального изучения трёхмерной графики.

GLide до недавнего времени тоже являлся довольно широко используемым стандартом для игровых приложений. Этот стандарт создала фирма 3Dfx и библиотека GLide создавалась исключительно для видео ускорителей фирмы 3Dfx Voodoo и была оптимизирована исключительно под них. GLide является более низкоуровневым по отношению к OpenGL и по своим командам похож на него. GLide мало чем отличается от OpenGL по своим возможностям, за исключением некоторых функций, которые специально предназначались для Voodoo ускорителей. Но к сожалению 3Dfx отказалась от этого стандарта, передав его в руки разработчиков открытого программного обеспечения.

Есть ещё несколько библиотек, среди них можно отметить Heidi. Heidi это библиотека или даже лучше сказать драйвер для визуализации трёхмерных сцен, используемый только в 3D Studio Max и только под Windows NT.

Заключение

Заканчивая вводный рассказ про OpenGL хочется подвести некоторые итоги. Итак OpenGL представляет собой единый стандарт для разработки трёхмерных приложений, сочетает в себе такие качества как мощь и в то же время простоту. Мультиплатформенность позволяет без труда переносить программное обеспечение с одной операционной системы в другую. OpenGL предоставляет вам в распоряжение всю мощь аппаратных возможностей, которые вы имеете на данном компьютере и при написании программ вам не нужно будет беспокоится о конкретных деталях используемого оборудования, за вас побеспокоится драйвер OpenGL. OpenGL прекрасно подходит как для профессионалов так и для новичков в области компьютерной графики.

Источник

Национальная библиотека им. Н. Э. Баумана
Bauman National Library

Персональные инструменты

OpenGL (Open Graphics Library)

Библиотека насчитывает около 300 различных команд, которые программист использует для задания объектов и операций, необходимых для написания интерактивных графических приложений. Используется также при создании компьютерных игр, САПР, виртуальной реальности, визуализации в научных исследованиях.

Библиотека OpenGL достаточно проста в использовании и обучении, обладает очень широким спектром возможностей. Вот некоторые из ее достоинств:

На сегодняшний день графическая система OpenGL поддерживается большинством производителей аппаратных и программных платформ. Эта система доступна тем, кто работает в среде Microsoft Windows, пользователям компьютеров Apple, Unix-платформ, PlayStation 3. Свободно распространяемые коды системы Mesa (пакет API на базе OpenGL) можно компилировать в большинстве операционных систем, в том числе в Linux. Из лицензионных соображений Mesa является «неофициальной” реализацией OpenGL, хотя полностью с ней совместима на уровне кода.

Спецификация OpenGL пересматривается Консорциумом ARB (Architecture Review Board). 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.

Содержание

История развития OpenGL

Графическая библиотека OpenGL, как утвержденный индустриальный стандарт, разработана и утверждена в 1992 году. 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. [Источник 2]

OpenGL 1.0

Silicon Graphics Incorporated (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 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

В сентябре 2001 года 3DLabs раскрыла свое видение OpenGL 2.0. Говорили, что по сравнению с DirectX главной проблемой OpenGL является Консорциум (который и должен заниматься развитием OpenGL), в который входит большое количество компаний с различными интересами, что приводит к длительному периоду принятия новой версии спецификации. 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 обработки полутонов GLSL. 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

Вышел в свет 2 июля 2006 года.

Добавлена поддержка GLSL версии 1.2

OpenGL 3.0

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

OpenGL 3.1

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 GL_ARB_compatibility extension).

OpenGL 3.2

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

OpenGL 3.3

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

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

OpenGL 4.1

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

OpenGL 4.2

8 августа 2011 года Khronos Group опубликовала спецификацию OpenGL 4.2 и языка шейдеров GLSL 4.2. [Источник 3]

OpenGL 4.3

6 августа 2012 года Khronos Group опубликовала на SIGGRAPH 2012 спецификации OpenGL 4.3. 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

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

OpenGL 4.5

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

OpenGL 4.6

31 июля 2017 года Khronos Group опубликовала спецификации OpenGL 4.6.

Vulkan

Основные возможности

Возможности OpenGL описывают через функции его библиотеки. Все функции можно разделить на пять категорий:

При этом OpenGL может выполнять дополнительные операции, такие как использование сплайнов для построения линий и поверхностей, удаление невидимых фрагментов изображений, работа с изображениями на уровне пикселей и т.д.

Интерфейс OpenGL

OpenGL состоит из набора библиотек. Все базовые функции хранятся в основной библиотеке, для обозначения которой в дальнейшем мы будем использовать аббревиатуру GL. Помимо основной, OpenGL включает в себя несколько дополнительных библиотек (рис. 1).

Первая из них – библиотека утилит GL(GLU – GL Utility). Все функции этой библиотеки определены через базовые функции GL. В состав GLU вошла реализация более сложных функций, таких как набор популярных геометрических примитивов (куб, шар, цилиндр, диск), функции построения сплайнов, реализация дополнительных операций над матрицами и т.п.

OpenGL не включает в себя никаких специальных команд для работы с окнами или ввода информации от пользователя. Поэтому были созданы специальные переносимые библиотеки для обеспечения часто используемых функций взаимодействия с пользователем и для отображения информации с помощью оконной подсистемы. Наиболее популярной является библиотека GLUT (GL Utility Toolkit). Формально GLUT не входит в OpenGL, но включается почти во все его дистрибутивы и имеет реализации для различных платформ. GLUT предоставляет только минимально необходимый набор функций для создания OpenGL-приложения. Функционально аналогичная библиотека GLX менее популярна.

Библиотеки изображений

DevIL используется для разработчиков. Он поддерживает множество форматов изображений для чтения и записи, несколько компиляторов и ОС (Microsoft Windows, Linux, macOS). [Источник 4]

Библиотека имеет следующий синтаксис :

Пример библиотеки изображений OpenGL Orbit Camera представлен на рис. 2

Импорт активов 3D-файлов

Графическая библиотека OpenGL для импорта активов (Assimp) представлена как библиотека с открытым исходным кодом для импорта разнообразных популярных трехмерных моделей. Самая последняя версия экспортирует 3d-файлы и подходит как конвертер общего назначения. Имеется несколько видов таких библиотек:

Архитектура OpenGL

Примитивы определяются набором из одной или более вершин (vertex). Вершина определяет точку, конец отрезка или угол многоугольника. С каждой вершиной ассоциируются некоторые данные (координаты, цвет, нормаль, текстурные координаты и т.д.), называемые атрибутами. В подавляющем большинстве случаев каждая вершина обрабатывается независимо от других.

С точки зрения архитектуры графическая система OpenGL является конвейером, состоящим из нескольких последовательных этапов обработки графических данных.

Команды OpenGL всегда обрабатываются в том порядке, в котором они поступают, хотя могут происходить задержки перед тем, как проявится эффект от их выполнения. В большинстве случаев OpenGL предоставляет непосредственный интерфейс, т.е. определение объекта вызывает его визуализацию в буфере кадра.

OpenGL является прослойкой между аппаратурой и пользовательским уровнем, что позволяет предоставлять единый интерфейс на разных платформах, используя возможности аппаратной поддержки.

Кроме того, OpenGL можно рассматривать как конечный автомат, состояние которого определяется множеством значений специальных переменных и значениями текущей нормали, цвета, координат текстуры и других атрибутов и признаков. Вся эта информация будет использована при поступлении в графическую систему координат вершины для построения фигуры, в которую она входит. Смена состояний происходит с помощью команд, которые оформляются как вызовы функций.

Синтаксис команд

Определения команд GL находятся в файле gl.h, для включения которого нужно написать:

Для работы с библиотекой GLU нужно аналогично включить файл glu.h. Версии этих библиотек, как правило, включаются в дистрибутивы систем программирования, например Microsoft Visual C++ или Borland C++ 5.02.

В отличие от стандартных библиотек, пакет GLUT нужно инсталлировать и подключать отдельно. Подробная информация о настройке сред программирования для работы с OpenGL дана в Приложении С.

Кроме того, в имена команд входят суффиксы, несущие информацию о числе и типе передаваемых параметров. В OpenGL полное имя команды имеет вид:

Таким образом, имя состоит из нескольких частей:

Использования нескольких вариантов каждой команды можно частично избежать, применяя перегрузку функций языка C++. Но интерфейс OpenGL не рассчитан на конкретный язык программирования, и, следовательно, должен быть максимально универсален.

Типичная программа, использующая OpenGL, начинается с определения окна, в котором будет происходить отображение. Затем создается контекст (клиент) OpenGL и ассоциируется с этим окном. Далее программист может свободно использовать команды и операции OpenGL API.

Все, что делает эта программа – рисует в центре окна красный квадрат.

Источник

Opengl что это

В статье мы познакомимся со стандартом OpenGL и напишем простейшее приложение, использующее API OpenGL.

Содержание

Клонируем репозиторий, создаём ветку

Для освоения OpenGL мы будем использовать репозиторий с примерами cg-course-2018/QtLabs2D. Если вы ещё не клонировали к себе этот репозиторий, клонируйте его. После этого вы можете переключиться на ветку stable в интерфейсе своего клиента git или в консоли.

Вы должны переключиться в существующую ветку, а не в новую. Возможно, перед началом потребуется синхронизировать репозитории ( git fetch origin ).

Теперь на основе ветки stable создайте ветку tmp_ , где вместо — ваше имя на латинице.

Ветку не нужно будет отправлять на удалённый репозиторий. Она временная.

Что такое OpenGL

OpenGL — это стандарт API для рисования трёхмерной графики. В нашем курсе будем использовать OpenGL 3.x — примерно то же самое, что GLES 2.x или WebGL 1.

Посмотрите на общую историю версий графических API, чтобы понять, где мы находимся:

За годы, прошедшие между OpenGL 1.x и OpenGL 3.x, представления программистов о 3D-графике изменились кардинально. Было обнаружено, что программный интерфейс, разработанный для OpenGL 1.0, имеет недостаточную гибкость и потворствует потерям производительности при рисовании графики. Начиная с OpenGL 3.0, была представлена полностью новая модель программирования с использованием OpenGL, а старый способ был объявлен устаревшим.

В последующие годы появились очередные новшества, такие как OpenGL 4.x и Vulkan. Они нацелены на сверхбыстрый параллелизм при вычислениях и на нестандартные применения видеокарт (например, для выполнения расчётов общего назначения с помощью Computing Shaders). Если же вы хотите изучить именно графику, не стоит оглядываться на OpenGL 4 и Vulkan: их использование даже в минимальных примерах требует прекрасного понимания 3D-графики, умения качественно писать многопоточный и асинхронный код, глубоких знаний в системном программировании.

OpenGL спроектирован для видеокарт

Это означает, что в OpenGL приложениях изображение рисует не центральный процессор, а множество узкоспециализированных процессоров внутри видеокарты. В редких случаях используется медленная программная растеризация: в этом случае изображение рисует центральный процессор в несколько потоков.

Современные видеокарты предоставляют огромные вычислительные возможности благодаря параллельной обработке вершин и фрагментов. Это хорошо показано на видео “CPU vs GPU” от NVIDIA:

Возможности OpenGL на конкретном компьютере зависят от операционной системы и от производителя драйвера. OpenGL на Linux и на Windows имеют разные возможности. OpenGL в драйверах от NVIDIA и в драйверах от Intel также различаются. Тем не менее, можно писать код, одинаково качественно работающий на любой реализации OpenGL — для этого нужно соблюдать стандарты и внимательно читать документацию используемых функций OpenGL.

Создаём сцену для работы с OpenGL

В наборе проектов QtLabs2D из шаблона Qt GUI Application создайте новый проект приложения с названием “Sample05”:

Удалите все файлы, кроме “main.cpp”. Перейдите к настройкам проекта и добавьте в пути поиска заголовочных файлов путь к корню репозитория. Это можно сделать, используя переменную SolutionDir:

Затем нужно добавить ссылку на проект libplatform, чтобы система сборки автоматически выполняла компоновку с ним.

Затем перепишите в “main.cpp” следующий код:

Наконец, соберите и запустите проект “Sample05”. Программа должна собраться успешно, после запуска программы отобразится окно размерами 800×600 (вероятно, залитое чёрным цветом).

Теперь создадим и подключим класс сцены. Создайте в проекте заголовок и “*.cpp” файл для класса SimpleScene.

Реализация класса пока что будет пустой:

Теперь можно передать объект класса сцены объекту окна. В функции main добавьте соответствующую инструкцию:

Путаница версий OpenGL

Интерфейс OpenGL состоит из функций и констант. В новых версиях OpenGL старые функции и константы исчезали (в режиме Core Profile) либо оставались в роли устаревших (в режиме Compatibility Profile).

Реализацию OpenGL предоставляет видеодрайвер. Это означает, что на Windows с современной видеокартой NVIDIA вам может быть доступна последняя версия OpenGL, а с древней видеокартой — только версия 2.0 или даже 1.1.

На современных Linux/Mac OSX ситуация лучше: если видеокарта устаревшая, то новые возможности OpenGL буду эмулироваться программно. Это работает медленнее и нагружает центральный процессор, зато вам доступна новая версия OpenGL.

Как использовать OpenGL без привязки к версии платформы? Для этой в Qt5 есть класс QOpenGLFunctions_3_3_Core (и серия похожих классов). Вы можете унаследовать от него свой класс сцены

Также добавьте инициализацию функций OpenGL в метод initialize:

Устанавливаем glm

Для установки библиотек мы будем использовать пакетный менеджер vcpkg. Пакетный менеджер vcpkg распространяется в исходниках и собирается на машине разработчика. Для сборки потребуется установленная Visual Studio с инструментами C++ разработчика.

Порядок установки описан в консольных командах:

В частности, нам потребуется установить GLBinding и GLM:

Для удобства использования пакетов vcpkg вы можете включить режим интеграции для всех проектов на своей машине одной командой:

Как работает OpenGL

В основном OpenGL оперирует треугольниками, изображениями и состояниями драйвера рисования. Если упростить схему работы, останется пять ключевых шагов рисования каждого объекта на экране. Рассмотрим все эти шаги.

Программист передаёт из управляющей программы массивы данных, описывающих вершины графических примитивов, то есть треугольников, линий или точек (чаще всего треугольников). Каждая фигура и каждая поверхность будет нарисована с помощью примитивов. На рисунке показано, как разбить сектор эллипса на треугольники:

На втором шаге выполняется вершинный шейдер (англ. vertex shader): он получает на вход все данные одной из вершин, а на выход обязан предоставить четырёхкомпонентный вектор с координатами вершины и набор любых других данных для фрагментного шейдера:

Программист заранее указывает свой вершинный шейдер. Его пишут на специальном языке GLSL, затем он компилируется видеодрайвером и выполняется прямо на видеокарте.

Представьте, что вы рисуете треугольник на клетчатой бумаге. Какие-то клетки будут зарисованы полностью, другие — только частично, а оставшиеся не будут зарисованы вообще. Точно так же видеокарта должна определить, в какие пиксели попадает треугольник. Эти пиксели называются фрагментами.

Представьте, что вы захотели сделать треугольник разноцветным, с плавным переходом от жёлтого цвета по левому краю в красный цвет на правом. В OpenGL это выполняется автоматически:

Конечный результат линейной интерполяции RGBA-цвета от вершин по всему треугольнику показан на рисунке:

На данном шаге снова вызывается пользовательский код в составе фрагментного шейдера (англ. fragment shader). Его также пишут на языке GLSL. Фрагментный шейдер получает на вход всё, что вершинный шейдер ему передал, но в преобразованном виде. Допустим, вершинный шейдер сохранил для фрагментного цвет вершины — но фрагментный шейдер оперирует фрагментами, и поэтому переданные данные также проходят линейную интерполяцию.

На последнем шаге фрагмент проходит ряд тестов — в каждом из них видеокарта проверяет, должен ли фрагмент попасть в кадр. Например, в 3D пространстве фрагмент может быть закрыт другим геометрическим телом, и это выявляется в тесте глубины (англ. depth test).

Если проверка пройдена (что в 2D графике случается почти всегда), то фрагмент записывается в пиксель кадра. Перед эти выполняется смешивание, позволяющее наложить полупрозрачный пиксель на существующий фон кадра.

Конвейер в целом

Все шаги конвейера изображены на единой схеме, взятой из статьи An intro to modern OpenGL. Chapter 1: The Graphics Pipeline:

Подготовка: RandomColorGenerator

Чтобы продемонстрировать работу интерполяции атрибутов вершин, мы будем генерировать цвета вершин случайным образом. Для этого создайте класс RandomColorGenerator. Объявление будет следующим:

Реализация генератора случайных цветов будет всего лишь выбирать цвет из готовой палитры:

Запускаем конвейер

Перейдите к “SimpleScene.cpp” и добавьте подключение заголовков glm. Заголовки пригодятся нам для работы с векторной алгеброй.

Создайте анонимное пространство имён и добавьте в него константы-строки, содержащие исходные коды вершинного и фрагментного шейдеров.

Анонимное пространство имён прячет константы и функции от других единиц трансляции (cpp-файлов), тем самым избавляя вас от неожиданных конфликтов имён функций.

Компиляция шейдеров

Что такое шейдер? Это маленькая программа на языке GLSL (расшифровывается OpenGL Shading Language). Задача программы зависит от типа шейдера: вершинный шейдер трансформирует вершины, фрагментный шейдер вычисляет цвет фрагмента фигуры. Шейдер работает как чистая функция: один вход, один выход и никаких состояний (вы не можете ничего запомнить между двумя вызовами шейдера).

Компиляция шейдера выполняется во время выполнения вашей программы. Компилятор шейдеров находится в ядре видеодрайвера. Руководит компиляцией ваша программа. В OpenGL разделены понятия “шейдер” и “программа”. Программа состоит из нескольких разнотипных шейдеров. Минимальная программа в OpenGL Core Profile состоит из вершинного и фрагментного шейдеров.

Общая схема компиляции шейдеров изображена ниже.

Для сборки шейдера мы будем использовать API OpenGL. Примерная схема вызовов (без обработки ошибок) выглядит следующим образом:

Добавьте классу SimpleScene три поля:

Приватный метод compileShader будет выполнять компиляцию шейдера и проверку статуса компиляции:

Приватный метод linkProgram выполняет компоновку программы из шейдеров:

В конце добавьте в деструктор SimpleScene удаление шейдерной программы и шейдеров:

Вершинные данные

В старых версиях OpenGL существовали стандартные атрибуты (свойства) вершин: координаты, текстурные координаты, цвет и так далее. Однако, стандартизация ограничивала возможности программиста. Поэтому в современном OpenGL вершина может иметь какие угодно числовые или векторные величины, описывающие её содержимое. Способ интерпретации вершинных данных вы определяете самостоятельно в шейдерах.

Наши шейдеры ожидают два атрибута на каждую вершину: двумерные координаты и четырёхмерный цвет (RGBA). Поэтому мы поместим в начале заголовка “SimpleScene.h” определение структуры, которую мы назовём VertexP2C4:

Далее мы должны сообщить драйверу видеокарты смещения атрибутов вершины в памяти. Дело в том, что на видеокарту мы будем загружать целые массивы вершин, и внутри массива будут так называемые interleaved массивы атрибутов. Другими словами, несколько массивов атрибутов как будто бы сплетены в единый массив вершинных данных:

Во время компиляции шейдера видеодрайвер назначил каждому атрибуту его собственный целочисленный идентификатор. Мы должны получить у шейдерной программы идентификаторы атрибутов, а затем для каждого атрибута указать смещения в памяти, с помощью которых OpenGL сможет в непрерывном массиве памяти найти нужные байты. Этим займётся приватный метод bindVertexData:

Vertex Buffer Object и Vertex Array Object

Затем в функцию initialize добавьте инициализацию VBO и VAO:

В конце добавьте деструктор классу SimpleScene, который будет очищать данные:

Триангуляция пятиугольника

Среди всех многоугольников в компьютерной графике предпочитают выпуклые многоугольники (англ. convex), т.к. их проще всего разделить на треугольники. Согласно википедии:

Выпуклым многоугольником называется многоугольник, все точки которого лежат по одну сторону от любой прямой, проходящей через две его соседние вершины.

Благодаря этому мы можем разделить выпуклый многоугольник на треугольники с помощью центральной точки. Таким образом мы создадим своего рода веер треугольников.

Следует учесть, что многие вершины будут продублированы — каждая внешняя вершина входит в состав двух треугольников, но при этом треугольники могут иметь разный цвет, а цвета определяются вершинами.

Добавьте в анонимное пространство имён функции триангуляции многоугольника:

Триангуляция круга

Разделить круг на треугольники легко с помощью тригонометрии: достаточно пройтись по углам от 0° до 360° с некоторым шагом, например, 1°. Каждый угол вместе с радиусом задаёт точку в полярных координатах.

Перевести полярные координаты в декартовы очень легко — достаточно вспомнить одно из определений синуса и косинуса:

Декартовы координаты по-английски называются Эвклидовыми (euclidean), и мы назовём функцию соответствующе:

Теперь мы можем описать функцию для триангуляции круга:

Выполняем триангуляцию двух фигур

Теперь мы можем триангулировать фигуры, чтобы получить результат, который вы видите на скриншоте:

Добавим в main следующий код в метод initializeShapes, вызов которого надо поместить в конец метода initialize:

Устанавливаем матрицу проецирования

Казалось бы, что может быть проще, чем наложить виртуальные координаты холста на координаты окна? Однако, OpenGL устроен иначе: он рассчитан на 3D графику, в которой координаты виртуального мира не совпадают с координатами окна. Более того, начало координат OpenGL находится в нижнем левом углу, а не в верхнем левом!

Реализуем метод redraw

Метод redraw будет с использованием полученных размеров окна устанавливать так называемый Viewport, привязывать шейдерную программу и VAO, а затем очищать изображение, устанавливать матрицу проецирования, наконец, вызывать glDrawArrays для рисования всех примитивов.

Теперь вы наконец можете собрать, запустить и увидеть готовый результат!

Источник

Немного Об OpenGL

Как известно, OpenGL расшифровывается как Open Graphics Library, что в переводе на русский язык означает «открытая графическая библиотека».

За следующие 17 лет версия библиотеки достигла отметки 3.1. Но нельзя сказать, что библиотека видоизменялась, нет. Ее создатели заложили в нее механизм расширений, благодаря которому производители аппаратного обеспечения (к примеру, производители видеокарт) могли выпускать расширения OpenGL для поддержки новых специфических возможностей, не включенных в текущую версию библиотеки. Благодаря этому, программисты могли сразу использовать эти новые возможности, в то время как в случае использования библиотеки Microsoft Direct3D им бы пришлось ждать выхода новой версии DirectX.

В современном мире, библиотеки OpenGL и DirectX являются конкурентами на платформе MS Windows. Microsoft всеми силами продвигает свою библиотеку DirectX, а также всеми силами стремится замедлить развитие библиотеки OpenGL, что ослабило бы графическую систему конкурирующих ОС, где для реализации вывода всей графики используется исключительно библиотека OpenGL. Мы будем учиться визуализации компьютерной графики именно с применением этой библиотеки. Но, к сожалению, прямой поддержки данной библиотеки в .NET Framework нет, опять же по причинам конкуренции. Поэтому мы будем использовать библиотеку Tao Framework, о которой поговорим в следующей части главы.

Пара слов об OpenGL 4

11 марта 2010 года Khronos Group на GDC объявила о выпуске спецификации OpenGL 4.0:

Рисунок 1. OpenGL 4.0

Эволюция OpenGL 1 — 4

Эта новая версия продолжает стремительное развитие свободного стандарта OpenGL, для того чтобы графические разработчики имели доступ ко всей функциональности современных GPU для использования в самых разнообразных операционных системах и платформах. Полная спецификация доступна для скачивания на http://www.opengl.org/registry.

OpenGL 4.0 улучшает тесные взаимодействия с OpenCL™ для ускорения вычислительных ресурсов графических приложений. OpenGL 4.0 также продолжает оказывать поддержку совместимости с OpenGL 3.2, что позволяет разработчикам использовать упрощенный API или сохранить обратную совместимость для существующего кода OpenGL в зависимости от потребностей рынка.

Основные изменения

Все это дает максимальную гибкость и охват платформ для разработчиков приложений. Полная спецификация OpenGL 3.3 также доступна для скачивания на http://www.opengl.org/registry

OpenGL 4.1

26 июля 2010 года Khronos Group анонсировала спецификацию OpenGL 4.1. Спецификация включает в себя обновление GLSL (GL Shading language) до версии 4.10 и несет в себе как нововведения (такие как обеспечение полной совместимости с OpenGL ES 2.0 API, улучшения взаимодействия с OpenGL, улучшения при работе в WebGL приложениями и другие).

В англоязычной части интернета уже появились новые уроки и демонстрационные программы по использованию OpenGl 3.2 и OpenGL 4.

В скором времени вы сможете прочитать пару слов о спецификации OpenGL 4.1.

Источник

Opengl

Назначение

В качестве программного интерфейса для графического оборудования OpenGL преобразует многомерные объекты в framebuffer. Реализация OpenGL для операционной системы Windows — это стандартное отраслевое программное обеспечение графики, с помощью которого программисты могут создавать высококачественные трехмерные изображения цветов. Версия OpenGL, описанная в этом разделе, — 1.1.

Сведения о OpenGL ES, работающей на Windows, см. в разделе ANGLE для магазина Windows.

Где применимо

OpenGL создается для обеспечения совместимости между оборудованием и операционными системами. Эта архитектура упрощает перенос программ OpenGL из одной системы в другую. Хотя каждая операционная система имеет уникальные требования, код OpenGL во многих программах можно использовать как есть.

Аудитория разработчиков

Для использования программистами C/C++ OpenGL требует ознакомления с Windows графическим пользовательским интерфейсом, а также архитектурой на основе сообщений.

Требования к среде выполнения

Дополнительные сведения о том, какие операционные системы необходимы для конкретной функции, см. в разделе «Требования» документации по функции.

Источник

OpenGL

OpenGL (Open Graphics Library — открытая графическая библиотека, графическое API) — спецификация, определяющая независимый от языка программирования платформонезависимый программный интерфейс для написания приложений, использующих двухмерную и трёхмерную компьютерную графику.

Включает более 250 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.

Содержание

Спецификация

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 использует возможности оборудования там, где это возможно. Если аппаратура не позволяет реализовать какую-либо возможность, она должна быть эмулирована программно. Производители должны пройти специфические тесты (conformance tests — тесты на соответствие) прежде чем реализация будет классифицирована как OpenGL-реализация. Таким образом, разработчикам программного обеспечения достаточно научиться использовать функции, описанные в спецификации, оставив эффективную реализацию последних разработчикам аппаратного обеспечения.

Эффективные реализации OpenGL существуют для Windows, Unix-платформ, PlayStation 3 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

OpenGL ориентируется на следующие две задачи:

Основным принципом работы OpenGL является получение наборов векторных графических примитивов в виде точек, линий и многоугольников 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 попадают 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

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

Дополнительные библиотеки

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 кросс-платформенными, 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

История

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.

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.

В 1992 году компания SGI возглавила OpenGL ARB — группу компаний по разработке спецификации OpenGL. OpenGL эволюционировал из 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.

OpenGL 2.0

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

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 3.0

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

OpenGL 3.2

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

OpenGL 3.3

OpenGL 4.0

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]

OpenGL 4.1

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

OpenGL 4.2

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

OpenGL 4.3

Источник

Национальная библиотека им. Н. Э. Баумана
Bauman National Library

Персональные инструменты

OpenGL (Open Graphics Library)

Содержание

История развития OpenGL

OpenGL 1.0

OpenGL 2.0

OpenGL 2.1

Вышел в свет 2 июля 2006 года.

Добавлена поддержка GLSL версии 1.2

OpenGL 3.0

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

OpenGL 3.1

OpenGL 3.2

OpenGL 3.3

OpenGL 4.0

OpenGL 4.1

OpenGL 4.2

8 августа 2011 года Khronos Group опубликовала спецификацию OpenGL 4.2 и языка шейдеров GLSL 4.2. [Источник 3]

OpenGL 4.3

OpenGL 4.4

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

OpenGL 4.5

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

OpenGL 4.6

31 июля 2017 года Khronos Group опубликовала спецификации OpenGL 4.6.

Vulkan

Основные возможности

Возможности OpenGL описывают через функции его библиотеки. Все функции можно разделить на пять категорий:

Интерфейс OpenGL

Библиотеки изображений

Библиотека имеет следующий синтаксис :

Пример библиотеки изображений OpenGL Orbit Camera представлен на рис. 2

Импорт активов 3D-файлов

Архитектура OpenGL

Синтаксис команд

Определения команд GL находятся в файле gl.h, для включения которого нужно написать:

Таким образом, имя состоит из нескольких частей:

Все, что делает эта программа – рисует в центре окна красный квадрат.

Источник

Рендеринг 3D графики с помощью OpenGL

Введение

Что такое OpenGL?

OpenGL — cпецификация, определяющая платформонезависимый программный интерфейс для написания приложений, использующих двумерную и трёхмерную компьютерную графику. OpenGL не является реализацией, а только описывает те наборы инструкций, которые должны быть реализованы, т.е. является API.

Каждая версия OpenGL имеет свою спецификацию, мы будем работать начиная с версии 3.3 и до версии 4.6, т.к. все нововведения с версии 3.3 затрагивают мало значимые для нас аспекты. Перед тем как начать писать своё первое OpenGL приложение, рекомендую узнать какие версии поддерживает ваш драйвер(сделать это можно на сайте вендора вашей видеокарты) и обновить драйвер до последней версии.

Устройство OpenGL

OpenGL можно сравнить с большим конечным автоматом, который имеет множество состояний и функций для их изменения. Под состоянием OpenGL в основном имеют ввиду контекст OpenGL. Во время работы с OpenGL мы будем проходить через несколько меняющих состояния функций, которые будут менять контекст, и выполняющие действия в зависимости от текущего состояния OpenGL.

Например, если мы перед отрисовкой передадим OpenGL команду использовать линии вместо треугольников, то OpenGL все последующие отрисовки будет использовать линии, пока мы не изменим эту опцию, или не поменяем контекст.

Объекты в OpenGL

Библиотеки OpenGL написаны на C и имеют многочисленные API к ним для разных языков, но тем не менее это C библиотеки. Множество конструкций из языка С не транслируются в высокоуровневые языки, поэтому OpenGL был разработан с использованием большого количества абстракций, одной из этих абстракций являются объекты.

Объект в OpenGL — это набор опций, который определяет его состояние. Любой объект в OpenGL можно описать его (id) и набором опций, за который он отвечает. Само собой, у каждого типа объектов свои опции и попытка настроить несуществующие опции у объекта приведёт к ошибке. В этом кроется неудобство использования OpenGL: набор опций описывается C подобной структурой идентификатором которого, зачастую, является число, что не позволяет программисту найти ошибку на этапе компиляции, т.к. ошибочный и правильный код семантически неотличимы.

С таким кодом вы будете сталкиваться очень часто, поэтому когда вы привыкнете, что это похоже на настройку конечного автомата, вам станет намного проще. Данный код лишь показывает пример того, как работает OpenGL. В последствии будут представлены реальные примеры.

Но есть и плюсы. Основная фишка этих объектов состоит в том, что мы можем объявлять множество объектов в нашем приложении, задавать их опции и когда бы мы не запускали операции с использованием состояния OpenGL мы можем просто привязать объект с нашими предпочитаемыми настройками. К примеру этом могут быть объекты с данными 3D модели или нечто, что мы хотим на этой модели отрисовать. Владение несколькими объектами позволяет просто переключаться между ними в процессе отрисовки. С таким подходом мы можем сконфигурировать множество объектов нужных для отрисовки и использовать их состояния без потери драгоценного времени между кадрами.

Чтобы начать работать с OpenGL нужно познакомиться с несколькими базовыми объектами без которых мы ничего не сможем вывести на экран. На примере этих объектов мы поймём как связывать данные и исполняемые инструкции в OpenGL.

Базовые объекты: Шейдеры и шейдерные программы.=

Shader — это небольшая программа которая выполняется на графическом ускорителе(GPU) на определённом этапе графического конвейера. Если рассматривать шейдеры абстрактно, то можно сказать, что это этапы графического конвейера, которые:

Но как же выглядит графический конвейер? Очень просто, вот так:

Пока в этой схеме нас интересует только главная вертикаль, которая начинается с Vertex Specification и заканчивается на Frame Buffer. Как уже говорилось ранее, каждый шейдер имеет свои входные и выходные параметры, которые отличаются по типу и количеству параметров.
Кратко опишем каждый этап конвейера, чтобы понимать, что он делает:

Шейдеры OpenGL пишутся на специальном С-подобном языке GLSL из которого они компилируются и линкуются в шейдерную программу. Уже на данном этапе кажется, что написание шейдерной программы это крайне трудоёмкое занятие, т.к. нужно определить 5 ступеней графического конвейера и связать их воедино. К большому счастью это не так: в графическом конвейере по умолчанию определены шейдеры тесселяции и геометрии, что позволяет нам определить всего два шейдера — вершинный и фрагментный (иногда его назвают пиксельным шейдером). Лучше всего рассмотреть эти два шейдера на классическом примере:

Эти два простых шейдера ничего не вычисляют лишь передают данные дальше по конвейеру. Обратим внимение как связаны вершинный и фрагментный шейдеры: в вершинном шейдере объявлена out переменная Color в которую будет записан цвет после выполнения главной функции, в то время как в фрагментном шейдере объявлена точно такая же переменная с квалификатором in, т.е. как и описывалось раньше фрагментный шейдер получает данные из вершинного посредством нехитрого прокидывания данных дальше через конвейер (но на самом деле не всё так просто).

Замечание: Если в фрагментном шейдере не объявить и не проинициализировать out переменную типа vec4, то на экран ничего выводиться не будет.

Внимательные читатели уже заметили объявление входных переменных типа vec3 со странными квалификаторами layout в начале вершинного шейдера, логично предполагать что это входные данные, но откуда нам их взять?

Базовые объекты: Буферы и Вершинные массивы

Я думаю не стоит объяснять что такое буферные объекты, лучше рассмотрим как создать и заполнить буффер в OpenGL.

Ничего сложно в этом нет, привязываем сгенереный буффер к нужному таргету (позже узнаем к какому) и загружаем данные указывая их размер и тип использования.

GL_STATIC_DRAW — данные в буфере изменяться не будут.
GL_DYNAMIC_DRAW — данныe в буфере будут изменяться, но не часто.
GL_STREAM_DRAW — данные в буфере будут изменяться при каждом вызове отрисовки.

Отлчно, теперь в памяти GPU расположенные наши данные, скомпилирована и слинкована шейдерная программа, но остаётся один нюанс: как программа узнает откуда брать входные данные для вершинного шейдера? Данные мы загрузили, но никак не указали откуда шейдерной программе их брать. Эту задачу решает отдельный тип объектов OpenGL — вершинные массивы.

Как и с буферами вершинные массивы лучше рассмотреть на примере их конфигурации

Создание вершинных массивов ничем не отличается от создания других OpenGL объектов, самое интересное начинается после строчки: Вершинный массив (VAO) запоминает все привязки и конфигурации проводимые с ним, в том числе и привязывание буферных объектов для выгрузки данных. В данном примере такой объект всего один, но на практике их может быть несколько. После чего производится конфигурация вершинного атрибута с определённым номером:

Всё теперь мы готовы отрендерить наше первое изображение

Не забудьте привязать VAO и шейдерную программу перед вызовом отрисовки.

Если вы всё сделали правильно, то вы должны получить вот такой результат:

Результат впечатляет, но откуда в треугольнике градиентная заливка, ведь мы указали всего 3 цвета: красный, синий и зелёный для каждой отдельной вершины? Это магия шейдера растеризации: дело в том, что во фрагментный шейдер попадает не совсем то значение Color которое мы установили в вершинном. Вершин мы передаём всего 3, но фрагментов генерируется намного больше (фрагментов ровно столько же сколько закрашенных пикселей). Поэтому для каждого фрагмента берётся среднее из трёх значений Color в зависимости от того насколько близко он находится к каждой из вершин. Это очень хорошо прослеживается у углов треугольника, где фрагменты принимают то значение цвета, которое мы указали в вершинных данных.

Забегая чуть вперёд скажу, что текстурные координаты передаются точно так же, что позволяет с лёгкостью накладывать текстуры на наши примитивы.

Думаю на этом стоит закончить данную статью, самое сложное уже позади, но самое интересное только начинается. Если у вас есть вопросы или вы увидели ошибку в статье, напишите об этом в комментариях, я буду очень признателен.

В следующей статье мы рассмотрим трансформации, узнаем о unifrom переменных и научимся накладывать текстуры на примитивы.

Источник

Введение в OpenGL

Содержание:

Введение

OpenGL является на данный момент одним из самых популярных программных интерфейсов (API) для разработки приложений в области двумерной и трехмерной графики. Стандарт OpenGL был разработан и утвержден в 1992 году ведущими фирмами в области разработки программного обеспечения, а его основой стала библиотека IRIS GL, разработанная Silicon Graphics.

На данный момент реализация OpenGL включает в себя несколько библиотек (описание базовых функций OpenGL, GLU,GLUT,GLAUX и другие), назначение которых будет описано ниже.

Характерными особенностями OpenGL, которые обеспечили распространение и развитие этого графического стандарта, являются:

Дополнения и изменения в стандарте реализуются таким образом, чтобы сохранить совместимость с разработанным ранее программным обеспечением.

Надежность и переносимость

Приложения, использующие OpenGL, гарантируют одинаковый визуальный результат вне зависимости от типа используемой операционной системы и организации отображения информации. Кроме того, эти приложения могут выполняться как на персональных компьютерах, так и на рабочих станциях и суперкомпьютерах.

Стандарт OpenGL имеет продуманную структуру и интуитивно понятный интерфейс, что позволяет с меньшими затратами создавать эффективные приложения, содержащие меньше строк кода, чем с использованием других графических библиотек. Необходимые функции для обеспечения совместимости с различным оборудованием реализованы на уровне библиотеки и значительно упрощают разработку приложений.

Основные возможности OpenGL

Как уже было сказано, существует реализация OpenGL для разных платформ, для чего было удобно разделить базовые функции графической системы и функции для отображения графической информации и взаимодействия с пользователем. Были созданы библиотеки для отображения информации с помощью оконной подсистемы для операционных систем Windows и Unix (WGL и GLX соответственно), а также библиотеки GLAUX и GLUT, которые используются для создания так называемых консольных приложений.

Библиотека GLAUX уступает по популярности написанной несколько позже библиотеке GLUT, хотя они предоставляют примерно одинаковые возможности. В дальнейшем в данном пособии в качестве основной будет рассматриваться библиотека GLUT, предоставляющая широкий набор средств взаимодействия с пользователем.

В состав библиотеки GLU вошла реализация более сложных функций, таких как набор популярных геометрических примитивов (куб, шар, цилиндр, диск), функции построения сплайнов, реализация дополнительных операций над матрицами и т.п. Все они реализованы через базовые функции OpenGL.

Архитектура и особенности синтаксиса

С точки зрения архитектуры, графическая система OpenGL является конвейером, состоящим из нескольких этапов обработки данных:

Вообще, OpenGL можно сравнить с конечным автоматом, состояние которого определяется множеством значений специальных переменных (их имена обычно начинаются с символов GL_) и значениями текущей нормали, цвета и координат текстуры. Все эта информация будет использована при поступлении в систему координат вершины для построения фигуры, в которую она входит. Смена состояний происходит с помощью команд, которые оформляются как вызовы функций.

Для обеспечения интуитивно понятных названий в OpenGL полное имя команды имеет вид:

type glCommand_name[1 2 3 4][b s i f d ub us ui][v](type1 arg1,…,typeN argN)

Таким образом, имя состоит из нескольких частей:

gl это имя библиотеки, в которой описана эта функция: для базовых функций OpenGL, функций из библиотек GLU, GLUT, GLAUX это gl, glu, glut, aux соответственно.

Command_name имя команды [1 2 3 4]число аргументов команды [b s i f d ub us ui ]тип аргумента:

символ b означает тип GLbyte (аналог char в С\С++), символ f тип GLfloat (аналог float), символ i– тип GLint(аналог int) и так далее.

Полный список типов и их описание можно посмотреть в файле gl.h

[v] наличие этого символа показывает, что в качестве параметров функции используется указатель на массив значений

Символы в квадратных скобках в некоторых названиях не используются. Например, команда glVertex2i() описана как базовая в библиотеке OpenGL, и использует в качестве параметров два целых числа, а команда glColor3fv() использует в качестве параметра указатель на массив из трех вещественных чисел.

Структура консольного приложения

Будем рассматривать построение консольного приложения при помощи библиотеки GLUT или GL Utility Toolkit, получившей в последнее время широкое распространение. Эта библиотека обеспечивает единый интерфейс для работы с окнами вне зависимости от платформы, поэтому описываемая ниже структура приложения остается неизменной для операционных систем Windows, Linux и многих других.

Функции GLUT могут быть классифицированы на несколько групп по своему назначению:

Инициализация проводится с помощью функции glutInit(int *argcp, char **argv)

Переменная argcp есть указатель на стандартную переменную argc описываемую в функции main(), а argv– указатель на параметры, передаваемые программе при запуске, который описывается там же. Эта функция проводит необходимые начальные действия для построения окна приложения, и только несколько функций GLUT могут быть вызваны до нее. К ним относятся:

glutInitWindowPosition (int x, int y) glutInitWindowSize (int width, int height) glutInitDisplayMode (unsigned int mode)

Первые две функции задают соответственно положение и размер окна, а последняя функция определяет различные режимы отображения информации, которые могут совместно задаваться с использованием операции побитового “или”(|):

GLUT_RGBA Режим RGBA. Используется по умолчанию, если не указаны явно режимы GLUT_RGBA или GLUT_INDEX. GLUT_RGB То же, что и GLUT_RGBA. GLUT_INDEX Режим индексированных цветов (использование палитры). Отменяет GLUT_RGBA. GLUT_SINGLE Окно с одиночным буфером. Используется по умолчанию. GLUT_DOUBLE Окно с двойным буфером. Отменяет GLUT_SINGLE. GLUT_DEPTHОкно с буфером глубины.

Это неполный список параметров для данной функции, однако для большинства случаев этого бывает достаточно.

Двойной буфер обычно используют для анимации, сначала рисуя что-нибудь в одном буфере, а затем меняя их местами, что позволяет избежать мерцания. Буфер глубины или z-буфер используется для удаления невидимых линий и поверхностей.

Функции библиотеки GLUT реализуют так называемый событийно-управляемый механизм. Это означает, что есть некоторый внутренний цикл, который запускается после соответствующей инициализации и обрабатывает, одно за другим, все события, объявленные во время инициализации. К событиям относятся: щелчок мыши, закрытие окна, изменение свойств окна, передвижение курсора, нажатие клавиши, и «пустое» (idle) событие, когда ничего не происходит. Для проведения периодической проверки совершения того или иного события надо зарегистрировать функцию, которая будет его обрабатывать. Для этого используются функции вида:

То есть параметром для них является имя соответствующей функции заданного типа. С помощью glutDisplayFunc() задается функция рисования для окна приложения, которая вызывается при необходимости создания или восстановления изображения. Для явного указания, что окно надо обновить, иногда удобно использовать функцию void glutPostRedisplay(void)

Через glutReshapeFunc() устанавливается функция обработки изменения размеров окна пользователем, которой передаются новые размеры.

glutMouseFunc() определяет обработчика команд от мыши, а glutIdleFunc() задает функцию, которая будет вызываться каждый раз, когда нет событий от пользователя.

Контроль всех событий происходит внутри бесконечного цикла в функции void glutMainLoop(void) которая обычно вызывается в конце любой программы, использующей GLUT.

Структура приложения, использующего анимацию, будет следующей:

Этот шаблон используется в тексте приложения, использующего OpenGL, который приводится в конце этого пособия.

В случае, если приложение должно строить статичное изображение, можно заменить GLUT_DOUBLE на GLUT_SINGLE, так как одного буфера в этом случае будет достаточно, и убрать вызов функции glutIdleFunc().

Вершины и примитивы

Определение атрибутов вершины

Под вершиной понимается точка в трехмерном пространстве, координаты которой можно задавать следующим образом:

Координаты точки задаются максимум четырьмя значениями: x, y, z, w, при этом можно указывать два (x,y) или три (x,y,z) значения, а для остальных переменных в этих случаях используются значения по умолчанию: z=0, w=1. Как уже было сказано выше, число в названии команды соответствует числу явно задаваемых значений, а последующий символ – их типу.

Координатные оси расположены так, что точка (0,0) находится в левом нижнем углу экрана, ось x направлена влево, ось y- вверх, а ось z- из экрана. Это расположение осей мировой системы координат, в которой задаются координаты вершин объекта, другие системы координат будут рассмотрены ниже.

Однако чтобы задать какую-нибудь фигуру одних координат вершин недостаточно, и эти вершины надо объединить в одно целое, определив необходимые свойства. Для этого в OpenGL используется понятие примитивов, к которым относятся точки, линии, связанные или замкнутые линии, треугольники и так далее. Задание примитива происходит внутри командных скобок:

Параметр mode определяет тип примитива, который задается внутри и может принимать следующие значения:

Для задания текущего цвета вершины используются команды

Первые три параметра задают R, G, B компоненты цвета, а последний параметр определяет alpha-компоненту, которая задает уровень прозрачности объекта. Если в названии команды указан тип ‘f’ (float), то значения всех параметров должны принадлежать отрезку [0,1], при этом по умолчанию значение alpha-компоненты устанавливается равным 1.0, что соответствует полной непрозрачности. Если указан тип ‘ub’ (unsigned byte), то значения должны лежать в отрезке [0,255].

Разным вершинам можно назначать различные цвета и тогда будет проводиться линейная интерполяция цветов по поверхности примитива.

Для управления режимом интерполяции цветов используется команда void glShadeModel(GLenummode) вызов которой с параметром GL_SMOOTH включает интерполяцию (установка по умолчанию), а с GL_FLAT отключает.

Например, чтобы нарисовать треугольник с разными цветами в вершинах, достаточно написать:

Для задания цвета фона используется команда void glClearColor(GLclampf red, GLclampf green, GLclampf blue, GLclampf alpha). Значения должны находиться в отрезке [0,1] и по умолчанию равны нулю. После этого вызов команды void glClear(GLbitfield mask) с параметром GL_COLOR_BUFFER_BIT устанавливает цвет фона во все буфера, доступные для записи цвета (иногда удобно использовать несколько буферов цвета).

Кроме цвета аналогичным образом можно определить нормаль в вершине, используя команды

Задаваемый вектор может не иметь единичной длины, но он будет нормироваться автоматически в режиме нормализации, который включается вызовом команды glEnable(GL_NORMALIZE).Команды

производят включение и отключение того или иного режима работы конвейера OpenGL. Эти команды применяются достаточно часто, и их влияние будет рассматриваться в конкретных случаях.

Вообще, внутри командных скобок glBegin() и glEnd() можно производить вызов лишь нескольких команд, в которые входят glVertex..(), glColor..()glNormal..(), glRect..(), glMaterial..() и glTexCoord..().

Последние две команды будут рассматриваться ниже, а с помощью команды void glRect[s i f d]( GLtype x1, GLtype y1, GLtype x2, GLtype y2 ), void glRect[s i f d]v( GLtype *v1, GLtype *v2 ) можно нарисовать прямоугольник в плоскости z=0 с координатами противоположных углов (x1,y1) и (x2,y2), либо набор прямоугольников с координатами углов в массивах v1 и v2.

Кроме задания самих примитивов можно определить метод их отображения на экране, где под примитивами в данном случае понимаются многоугольники.

Однако сначала надо определить понятие лицевых и обратных граней.

Под гранью понимается одна из сторон многоугольника, и по умолчанию лицевой считается та сторона, вершины которой обходятся против часовой стрелки. Направление обхода вершин лицевых сторон можно изменить вызовом команды void glFrontFace(GLenum mode) со значением параметра mode равным GL_CW, а отменить- с GL_CCW.

Чтобы изменить метод отображения многоугольника используется команда void glPolygonMode(GLenum face, Glenum mode)

Параметр mode определяет, как будут отображаться многоугольники, а параметр face устанавливает тип многоугольников, к которым будет применяться эта команда и может принимать следующие значения:

Параметр mode может быть равен:

Кроме того, можно указывать, какой тип граней отображать на экране. Для этого сначала надо установить соответствующий режим вызовом команды glEnable(GL_CULL_FACE), а затем выбрать тип отображаемых граней с помощью команды void glСullFace(GLenum mode)

Вызов с параметром GL_FRONT приводит к удалению из изображения всех лицевых граней, а с параметром GL_BACK- обратных (установка по умолчанию).

Кроме рассмотренных стандартных примитивов в библиотеках GLU и GLUT описаны более сложные фигуры, такие как сфера, цилиндр, диск (в GLU) и сфера, куб, конус, тор, тетраэдр, додекаэдр, икосаэдр, октаэдр и чайник(в GLUT). Автоматическое наложение текстуры предусмотрено только для фигур из библиотеки GLU (создание текстур в OpenGL будет рассматриваться ниже).

Например, чтобы нарисовать сферу или цилиндр, надо сначала создать объект специального типа GLUquadricObj с помощью команды

а затем вызвать соответствующую команду:

где параметр slices задает число разбиений вокруг оси z, а stacks – вдоль оси z.

Более подробную информацию об этих и других командах построения примитивов можно найти приложении.

Важно отметить, что для корректного построения перечисленных примитивов необходимо удалять невидимые линии и поверхности, для чего надо включить соответствующий режим вызовом команды glEnable(GL_DEPTH_TEST).

Массивы вершин

Если вершин много, то чтобы не вызывать для каждой команду glVertex..(), удобно объединять вершины в массивы, используя команду

которая определяет способ хранения и координаты вершин. При этом size определяет число координат вершины (может быть равен 2, 3, 4), type определяет тип данных (может быть равен GL_SHORT, GL_INT, GL_FLOAT, GL_DOUBLE). Иногда удобно хранить в одном массиве другие атрибуты вершины, и тогда параметр stride задает смещение от координат одной вершины до координат следующей; если stride равен нулю, это значит, что координаты расположены последовательно. В параметре ptr указывается адрес, где находятся данные.

Аналогично можно определить массив нормалей, цветов и некоторых других атрибутов вершины, используя команды

Для того, чтобы эти массивы можно было использовать в дальнейшем, надо вызвать команду

с параметрами GL_VERTEX_ARRAY, GL_NORMAL_ARRAY, GL_COLOR_ARRAY соответственно. После окончания работы с массивом желательно вызвать команду

с соответствующим значением параметра array.

Для отображения содержимого массивов используется команда

которая передает OpenGL атрибуты вершины, используя элементы массива с номером index. Это аналогично последовательному применению команд вида glColor..(…), glNormal..(…), glVertex..(…) c соответствующими параметрами. Однако вместо нее обычно вызывается команда

рисующая count примитивов, определяемых параметром mode, используя элементы из массивов с индексами от first до first+count-1. Это эквивалентно вызову команды glArrayElement() с соответствующими индексами.

В случае если одна вершина входит в несколько примитивов, то вместо дублирования ее координат в массиве удобно использовать ее индекс.

Для этого надо вызвать команду

где indices– это массив номеров вершин, которые надо использовать для построения примитивов, type определяет тип элементов этого массива: GL_UNSIGNED_BYTE, GL_UNSIGNED_SHORT, GL_UNSIGNED_INT, а count задает их количество.

Списки изображений

Если нужно несколько раз обращаться к одной и той же группе команд,эти команды можно объединить в так называемый список изображений (display list) и вызывать его при необходимости. Для того, чтобы создать новый список изображений надо поместить все команды, которые должны в него войти между командными скобками:

Для различения списков используются целые положительные числа, задаваемые при создании списка значением параметра list, а параметр mode определяет режим обработки команд, входящих в список:

После того, как список создан, его можно вызвать командой

указав в параметре list идентификатор нужного списка. Чтобы вызвать сразу несколько списков, можно воспользоваться командой

вызывающей n списков с идентификаторами из массива lists, тип элементов которого указывается в параметре type. Это могут быть типы GL_BYTE, GL_UNSIGNED_BYTE, GL_SHORT, GL_INT, GL_UNSIGNED_INT >и некоторые другие. Для удаления списков используется команда

которая удаляет списки с идентификаторами ID из диапазона listВидовые координаты=>Усеченные координаты=>Нормализованные координаты=>Оконные координаты

Рассмотрим каждое из этих преобразований отдельно.

Видовое преобразование

К видовым преобразованиям будем относить перенос, поворот и изменение масштаба вдоль координатных осей. Для проведения этих операций достаточно умножить на соответствующую матрицу каждую вершину объекта и получить измененные координаты этой вершины:

(x’, y’, z’, 1) T =M * (x, y, z, 1) T

где M матрица видового преобразования. Перспективное преобразование и проектирование производится аналогично. Сама матрица может быть создана с помощью следующих команд:

glTranlsate..() производит перенос объекта, прибавляя к координатам его вершин значения своих параметров.

glRotate..() производит поворот объекта против часовой стрелки на угол angle (измеряется в градусах) вокруг вектора ( x,y,z ).

glScale..() производит масштабирование объекта (сжатие или растяжение), домножая соответствующие координаты его вершин на значения своих параметров.

Все эти преобразования будут применяться к примитивам, описания которых будут находиться ниже в программе. В случае если надо, например, повернуть один объект сцены, а другой оставить неподвижным, удобно сначала сохранить текущую видовую матрицу в стеке командой glPushMatrix(), затем вызвать glRotate..() с нужными параметрами, описать примитивы, из которых состоит этот объект, а затем восстановить текущую матрицу командой glPopMatrix().

Кроме изменения положения самого объекта иногда бывает нужно изменить положение точки наблюдения, что однако также приводит к изменению видовой матрицы. Это можно сделать с помощью команды

где точка ( eyex,eyey,eyez ) определяет точку наблюдения, ( centerx, centery, centerz )задает центр сцены, который будет проектироваться в центр области вывода, а вектор ( upx,upy,upz ) задает положительное направление оси у, определяя поворот камеры. Если, например, камеру не надо поворачивать, то задается значение (0,1,0), а со значением (0,-1,0) сцена будет перевернута.

Фактически, эта команда совершает перенос и поворот объектов сцены, но в таком виде задавать параметры бывает удобнее.

Проекции

В OpenGL существуют ортографическая (параллельная) и перспективная проекция. Первый тип проекции может быть задан командами

Во второй команде, в отличие от первой, значения near и far устанавливаются равными –1 и 1 соответственно.

Перспективная проекция определяется командой

которая задает усеченный конус видимости в левосторонней системе координат. Параметр angley определяет угол видимости в градусах по оси у и должен находиться в диапазоне от 0 до 180. Угол видимости вдоль оси x задается параметром aspect, который обычно задается как отношение сторон области вывода. Параметры zfar и znear задают расстояние от наблюдателя до плоскостей отсечения по глубине и должны быть положительными. Чем больше отношение zfar/znear, тем хуже в буфере глубины будут различаться расположенные рядом поверхности, так как по умолчанию в него будет записываться ‘сжатая’ глубина в диапазоне от 0 до 1 (см. следующий пункт).

Область вывода

После применения матрицы проекций на вход следующего преобразования подаются так называемые усеченные (clip) координаты, для которых значения всех компонент (x_c, y_c, z_c, w_c) T находятся в отрезке [-1,1]. После этого находятся нормализованные координаты вершин по формуле:

Область вывода представляет из себя прямоугольник в оконной системе координат, размеры которого задаются командой:

Значения всех параметров задаются в пикселах и определяют ширину и высоту области вывода с координатами левого нижнего угла ( x,y ) в оконной системе координат. Размеры оконной системы координат определяются текущими размерами окна приложения, точка (0,0)находится в левом нижнем углу окна.

Используя параметры команды glViewPort(), вычисляются оконные координаты центра области вывода (o_x, o_y) по формулам o_x=x+width/2, o_y=y+height/2.

Пусть p_x=width, p_y=height, тогда можно найти оконные координаты каждой вершины:

При этом целые положительные величины n и f задают минимальную и максимальную глубину точки в окне и по умолчанию равны 0 и 1 соответственно. Глубина каждой точки записывается в специальный буфер глубины (z-буфер), который используется для удаления невидимых линий и поверхностей. Установить значения n и f можно вызовом функции

Команда glViewPort() обычно используется в функции, зарегистрированной с помощью команды glutReshapeFunc(), которая вызывается, если пользователь изменяет размеры окна приложения, изменяя соответсвующим образом область вывода.

Материалы и освещение

Для создания реалистических изображений необходимо определить как свойства самого объекта, так и свойства среды, в которой он находится. Первая группа свойств включает в себя параметры материла, из которого сделан объект, способы нанесения текстуры на его поверхность, степень прозрачности объекта. Ко второй группе можно отнести количество и свойства источников света, уровень прозрачности среды. Все эти свойства можно задавать, используя соответствующие команды OpenGL.

Свойства материала

Для задания параметров текущего материала используются команды

С их помощью можно определить рассеянный, диффузный и зеркальный цвета материала, а также цвет степень зеркального отражения и интенсивность излучения света, если объект должен светиться. Какой именно параметр будет определяться значением param, зависит от значения pname:

GL_AMBIENT параметр params должен содержать четыре целых или вещественных значения цветов RGBA, которые определяют рассеянный цвет материала (цвет материала в тени).

Значение по умолчанию: (0.2, 0.2, 0.2, 1.0).

GL_DIFFUSE параметр params должен содержать четыре целых или вещественных значения цветов RGBA, которые определяют цвет диффузного отражения материала.

Значение по умолчанию:(0.8, 0.8, 0.8, 1.0).

GL_SPECULAR параметр params должен содержать четыре целых или вещественных значения цветов RGBA, которые определяют цвет зеркального отражения материала.

Значение по умолчанию: (0.0, 0.0, 0.0, 1.0).

GL_SHININESS параметр params должен содержать одно целое или вещественное значение в диапазоне от 0 до 128, которое определяет степень зеркального отражения материала.

Значение по умолчанию: 0.

GL_EMISSION параметр params должен содержать четыре целых или вещественных значения цветов RGBA, которые определяют интенсивность излучаемого света материала.

Значение по умолчанию: (0.0, 0.0, 0.0, 1.0).

GL_AMBIENT_AND_DIFFUSE эквивалентно двум вызовам команды glMaterial..() со значением pname GL_AMBIENT и GL_DIFFUSE и одинаковыми значениями params.

Из этого следует, что вызов команды glMaterial[i f]() возможен только для установки степени зеркального отражения материала. В большинстве моделей учитывается диффузный и зеркальный отраженный свет; первый определяет естественный цвет объекта, а второй – размер и форму бликов на его поверхности.

Параметр face определяет тип граней, для которых задается этот материал и может принимать значения GL_FRONT, GL_BACK или GL_FRONT_AND_BACK.

Если в сцене материалы объектов различаются лишь одним параметром, рекомендуется сначала установить нужный режим, вызвав glEnable() c параметром GL_COLOR_MATERIAL, а затем использовать команду

где параметр face имеет аналогичный смысл, а параметр pname может принимать все перечисленные значения. После этого, значения выбранного с помощью pname свойства материала для конкретного объекта (или вершины) устанавливается вызовом команды glColor..(), что позволяет избежать вызовов более ресурсоемкой команды glMaterial..() и повышает эффективность программы.

Источники света

Добавить в сцену источник света можно с помощью команд

Параметр light однозначно определяет источник,и выбирается из набора специальных символических имен вида GL_LIGHTi, где i должно лежать в диапазоне от 0 до GL_MAX_LIGHT, которое не превосходит восьми.

Оставшиеся два параметра имеют аналогичный смысл, что и в команде glMaterial..(). Рассмотрим их назначение (вначале описываются параметры для первой команды, затем для второй):

GL_SPOT_EXPONENT параметр param должен содержать целое или вещественное число от 0 до 128, задающее распределение интенсивности света. Этот параметр описывает уровень сфокусированности источника света.

Значение по умолчанию: 0 (рассеянный свет).

GL_SPOT_CUTOFF параметр param должен содержать целое или вещественное число между 0 и 90 или равное 180, которое определяет максимальный угол разброса света. Значение этого параметра есть половина угла в вершине конусовидного светового потока, создаваемого источником.

Значение по умолчанию: 180 (рассеянный свет).

GL_AMBIENT параметр params должен содержать четыре целых или вещественных значения цветов RGBA, которые определяют цвет фонового освещения.

Значение по умолчанию: (0.0, 0.0, 0.0, 1.0).

GL_DIFFUSE параметр params должен содержать четыре целых или вещественных значения цветов RGBA, которые определяют цвет диффузного освещения.

Значение по умолчанию: (1.0, 1.0, 1.0, 1.0)для LIGHT0 и (0.0, 0.0, 0.0, 1.0) для остальных.

GL_SPECULAR параметр params должен содержать четыре целых или вещественных значения цветов RGBA, которые определяют цвет зеркального отражения.

Значение по умолчанию: (1.0, 1.0, 1.0, 1.0)для LIGHT0 и (0.0, 0.0, 0.0, 1.0) для остальных.

GL_POSITION параметр params должен содержать четыре целых или вещественных, которые определяют положение источника света. Если значение компоненты w равно 0.0, то источник считается бесконечно удаленным и при расчете освещенности учитывается только направление на точку (x,y,z), в противном случае считается, что источник расположен в точке (x,y,z,w).

Значение по умолчанию: (0.0, 0.0, 1.0, 0.0).

GL_SPOT_DIRECTION параметр params должен содержать четыре целых или вещественных числа, которые определяют направление света.

При изменении положения источника света следует учитывать следующие факты: если положение задается командой glLight..() перед определением ориентации взгляда (командой glLookAt() ), то будет считаться, что источник находится в точке наблюдения. Если положение устанавливается между заданием ориентации и преобразованиями видовой матрицы, то оно фиксируется и не зависит от видовых преобразований. В последнем случае, когда положение задано после ориентации и видовой матрицы, его положение можно менять, устанавливая как новую ориентацию наблюдателя, так и меняя видовую матрицу.

Для использования освещения сначала надо установить соответствующий режим вызовом команды glEnable (GL_LIGHTNING), а затем включить нужный источник командой glEnable(GL_LIGHTn).

Модель освещения

В OpenGL используется модель освещения Фонга, в соответствии с которой цвет точки определяется несколькими факторами: свойствами материала и текстуры, величиной нормали в этой точке, а также положением источника света и наблюдателя. Для корректного расчета освещенности в точке надо использовать единичные нормали, однако команды типа glScale..(), могут изменять длину нормалей. Чтобы это учитывать, используется уже упоминавшийся режим нормализации нормалей, который включается вызовом команды glEnable(GL_NORMALIZE).

Для задания глобальных параметров освещения используются команды

Аргумент pname определяет, какой параметр модели освещения будет настраиваться и может принимать следующие значения:

GL_LIGHT_MODEL_LOCAL_VIEWER параметр param должен быть булевским и задает положение наблюдателя. Если он равен FALSE, то направление обзора считается параллельным оси –z, вне зависимости от положения в видовыx координатах. Если же он равен TRUE, то наблюдатель находится в начале видовой системы координат. Это может улучшить качество освещения, но усложняет его расчет.

Значение по умолчанию: FALSE.

GL_LIGHT_MODEL_AMBIENT параметр params должен содержать четыре целых или вещественных числа, которые определяют цвет фонового освещения даже в случае отсутствия определенных источников света.

Значение по умолчанию:(0.2, 0.2, 0.2,1.0).

Текстуры

Наложение текстуры на поверхность объектов сцены повышает ее реалистичность, однако при этом надо учитывать, что этот процесс требует значительных вычислительных затрат. Под текстурой будем понимать некоторое изображение, которое надо определенным образом нанести на объект. Для этого следует выполнить следующие этапы:

Рассмотрим каждый из этих этапов.

Подготовка текстуры

Принятый в OpenGL формат хранения изображений отличается от стандартного формата Windows DIB только тем, что компоненты (R,G,B) для каждой точки хранятся в прямом порядке, а не в обратном и выравнивание задается программистом. Считывание графических данных из файла и их преобразование можно проводить и вручную, однако удобней воспользоваться функцией, входящей в состав библиотеки GLAUX (для ее использования надо дополнительно подключить glaux.lib), которая сама проводит необходимые операции. Это функция

где file– название файла с расширением *.bmp или *.dib. В качестве результата функция возвращает указатель на область памяти, где хранятся преобразованные данные.

При создании образа текстуры в памяти следует учитывать следующие требования.

Во-первых, размеры текстуры как по горизонтали, так и по вертикали должны представлять собой степени двойки. Это требование накладывается для компактного размещения текстуры в памяти и способствует ее эффективному использованию. Использовать только текстуры с такими размерами конечно неудобно, поэтому перед загрузкой их надо преобразовать. Изменение размеров текстуры проводится с помощью команды

В качестве значения параметра format обычно используется значение GL_RGB или GL_RGBA, определяющее формат хранения информации. Параметры widthin, heightin, widhtout, heightout определяют размеры входного и выходного изображений, а с помощью typein и typeout задается тип элементов массивов, расположенных по адресам datain и dataout. Как и обычно, то может быть тип

GL_UNSIGNED_BYTE, GL_SHORT, GL_INT и так далее. Результат своей работы функция заносит в область памяти, на которую указывает параметр dataout.

Во-вторых, надо предусмотреть случай, когда объект по размерам значительно меньше наносимой на него текстуры. Чем меньше объект, тем меньше должна быть наносимая на него текстура и поэтому вводится понятие уровней детализации текстуры. Каждый уровень детализации задает некоторое изображение, которое является как правило уменьшенной в два раза копией оригинала. Такой подход позволяет улучшить качество нанесения текстуры на объект. Например, для изображения размером 2 m x2 n можно построить max(m,n)+1 уменьшенных изображений, соответствующих различным уровням детализации.

Эти два этапа создания образа текстуры в памяти можно провести с помощью команды

где параметр target должен быть равен GL_TEXTURE_2D, components определяет количество цветовых компонент текстуры, которые будут использоваться при ее наложении и может принимать значения от 1 до 4 (1-только красный,2-красный и alpha, 3-красный, синий, зеленый, 4-все компоненты).

Параметры width, height, data определяют размеры и расположение текстуры соответственно, а format и type имеют аналогичный смысл, что и в команде gluScaleImage().

В OpenGL допускается использование одномерных текстур, то есть размера 1xN, однако это всегда надо указывать, используя в качестве значения target константу GL_TEXTURE_1D. Существует одномерный аналог рассматриваемой команды- gluBuild1DMipmaps(), который отличается от двумерного отсутствием параметра height.

При использовании в сцене нескольких текстур, в OpenGL применяется подход, напоминающий создание списков изображений. Вначале, с помощью команды

надо создать n идентификаторов для используемых текстур, которые будут записаны в массив textures. Перед началом определения свойств очередной текстуры следует вызвать команду

где target может принимать значения GL_TEXTURE_1D или GL_TEXTURE_2D, а параметр texture должен быть равен идентификатору той текстуры, к которой будут относиться последующие команды. Для того, чтобы в процессе рисования сделать текущей текстуру с некоторым идентификатором, достаточно опять вызвать команду glBindTexture() c соответствующим значением target и texture. Таким образом, команда glBindTexture() включает режим создания текстуры с идентификатором texture, если такая текстура еще не создана, либо режим ее использования, то есть делает эту текстуру текущей.

Методы наложения текстуры

При наложении текстуры, как уже упоминалось, надо учитывать случай, когда размеры текстуры отличаются от размеров объекта, на который она накладывается. При этом возможно как растяжение, так и сжатие изображения, и то, как будут проводиться эти преобразования может серьезно повлиять на качество построенного изображения. Для определения положения точки на текстуре используется параметрическая система координат (s,t), причем значения s и t находятся в отрезке [0,1]. Для изменения различных параметров текстуры применяются команды:

При этом target имеет аналогичный смысл, что и раньше, pname определяет, какое свойство будем менять,а с помощью param или params устанавливается новое значение. Возможные значения pname:

GL_TEXTURE_MIN_FILTER параметр param определяет функцию, которая будет использоваться для сжатия текстуры. При значении GL_NEAREST будет использоваться один (ближайший), а при значении GL_LINEAR четыре ближайших элемента текстуры.

Значение по умолчанию: GL_LINEAR.

GL_TEXTURE_MAG_FILTER параметр param определяет функцию, которая будет использоваться для увеличения (растяжения) текстуры. При значении GL_NEAREST будет использоваться один (ближайший), а при значении GL_LINEAR четыре ближайших элемента текстуры.

Значение по умолчанию: GL_LINEAR.

GL_TEXTURE_WRAP_S параметр param устанавливает значение координаты s, если оно не входит в отрезок [0,1]. При значении GL_REPEAT целая часть s отбрасывается, и в результате изображение размножается по поверхности. При значении GL_CLAMP используются краевые значения: 0 или 1, что удобно использовать, если на объект накладывается один образ.

Значение по умолчанию: GL_REPEAT.

GL_TEXTURE_WRAP_T аналогично предыдущему значению, только для координаты t.

Использование режима GL_NEAREST значительно повышает скорость наложения текстуры, однако при этом снижается качество, так как в отличие от GL_LINEAR интерполяция не производится.

Для того, чтобы определить, как текстура будет взаимодействовать с материалом, из которого сделан объект, используются команды

Параметр target должен быть равен GL_TEXTURE_ENV, а в качестве pname рассмотрим только одно значение GL_TEXTURE_ENV_MODE, которое наиболее часто применяется. Параметр если param может быть равен:

Координаты текстуры

Перед нанесением текстуры на объект осталось установить соответствие между точками на поверхности объекта и на самой текстуре. Задавать это соответствие можно двумя методами: отдельно для каждой вершины или сразу для всех вершин, задав параметры специальной функции отображения.

Первый метод реализуется с помощью команд

Чаще всего используется команды вида glTexCoord2..(type s, type t), задающие текущие координаты текстуры. Вообще, понятие текущих координат текстуры аналогично понятиям текущего цвета и текущей нормали, и является атрибутом вершины. Однако даже для куба нахождение соответствующих координат текстуры является довольно трудоемким занятием, поэтому в библиотеке GLU помимо команд, проводящих построение таких примитивов, как сфера, цилиндр и диск, предусмотрено также наложение на них текстур. Для этого достаточно вызвать команду

с параметром textureCoords равным GL_TRUE, и тогда текущая текстура будет автоматически накладываться на примитив.

Второй метод реализуется с помощью команд

Параметр coord определяет для какой координаты задается формула и может принимать значение GL_S, GL_T; pname определяет тип формулы и может быть равен GL_TEXTURE_GEN_MODE, GL_OBJECT_PLANE, GL_EYE_PLANE. С помощью params задаются необходимые параметры, а param может быть равен GL_OBJECT_LINEAR, GL_EYE_LINEAR, GL_SPHERE_MAP. Рассмотрение всех возможных комбинаций значений аргументов этой команды заняло бы слишком много места, поэтому в качестве примера рассмотрим, как можно задать зеркальную текстуру. При таком наложении текстуры изображение будет как бы отражаться от поверхности объекта, вызывая интересный оптический эффект. Для этого сначала надо создать два целочисленных массива коэффициентов s_coeffs и t_coeffs со значениями (1,0,0,1) и (0,1,0,1) соответственно, а затем вызвать команды:

glEnable(GL_TEXTURE_GEN_S); glTexGeni(GL_S, GL_TEXTURE_GEN_MODE, GL_EYE_LINEAR); glTexGendv(GL_S, GL_EYE_PLANE, s_coeffs); и такие же команды для координаты t с соответствующими изменениями.

Приложение

Приложение содержит информацию в основном прикладного характера, которая может понадобиться при изучении описанного выше материала.

Стандартные геометрические примитивы

Рассмотрим стандартные команды построения примитивов, которые реализованы в библиотеках GLU и GLUT.

Как уже было сказано, чтобы построить примитив из библиотеки GLU, надо сначала создать указатель на quadric- объект с помощью команды gluNewQuadric(), а затем вызвать одну из команд gluSphere(), gluCylinder(), gluDisk(), gluPartialDisk(). Рассмотрим эти команды отдельно:

Строит сферу с центром в начале координат и радиусом radius. При этом число разбиений сферы вокруг оси z задается параметром slices, а вдоль оси z параметром stacks.

void gluCylinder(GLUquadricObj*qobj, GLdouble baseRadius, GLdouble topRadius, GLdouble height, GLint slices, GLint stacks)

Параметры slices и stacks имеют тот же смысл, что и в предыдущей команде.

Строит плоский диск (то есть круг) с центром в начале координат и радиусом outerRadius. При этом если значение innerRadius ненулевое, то в центре диска будет находиться отверстие радиусом innerRadius. Параметр slices задает число разбиений диска вокруг оси z, а параметр loops –число концентрических колец, перпендикулярных оси z.

Отличие этой команды от предыдущей заключается в том, что она строит сектор круга, начальный и конечный углы которого отсчитываются против часовой стрелки от положительного направления оси y и задаются параметрами startAngle и sweepAngle. Углы измеряются в градусах.

Команды, проводящие построение примитивов из библиотеки GLUT, реализованы через стандартные примитивы OpenGL и GLU. Для построения нужного примитива достаточно произвести вызов соответствующей команды.

Эти команды строят куб или каркас куба с центром в начале координат и длиной ребра size.

Эти команды строят конус или его каркас высотой height и радиусом основания base, расположенный вдоль оси z. Основание находится в плоскости z=0. Остальные параметры имеют тот же смысл, что и в предыдущих командах.

Эти команды строят тор или его каркас в плоскости z=0. Внутренний и внешний радиусы задаются параметрами innerRadius, outerRadius. Параметр nsides задает число сторон в кольцах, составляющих ортогональное сечение тора, а rings- число радиальных разбиений тора.

Эти команды строят тетраэдр (правильную треугольную пирамиду) или его каркас, при этом радиус описанной сферы вокруг него равен 1.

Эти команды строят октаэдр или его каркас, радиус описанной вокруг него сферы равен 1.

Эти команды строят додекаэдр или его каркас, радиус описанной вокруг него сферы равен квадратному корню из трех.

Эти команды строят икосаэдр или его каркас, радиус описанной вокруг него сферы равен 1.

Создание приложения в среде MS Visual C++ 5.0

Для создания приложения надо выполнить следующие действия:

Создание приложения в среде Borland C++ 5.02

Пример программы

Результатом выполнения этой программы является построение тетраэдра с вращающимися вокруг него кольцами, на которые нанесена текстура. В среде MS Visual C++ программа может компилироваться без изменений, а при компиляции в Borland C++ придется закомментировать вызов и описание функции TextureInit(), после чего не будет проводиться наложение текстур. Как было сказано выше, попытка использовать функции из библиотеки GLAUX приводит к сообщению об ошибке при компиляции программы.

При компиляции программы в MS Visual C++ файл ‘texture.bmp’ надо поместить в каталог проекта или указать полный путь к нему, используя символ ‘/’. Если путь не указан, то при запуске исполняемого файла из операционной системы, файл с текстурой должен находиться в том же каталоге.

Результат работы программы:

В программе используется только файл glut.h, который содержит обращения к файлам gl.h и glu.h, поэтому отдельно подключать их не нужно.

Большим достоинством OpenGL является независимость большинства команд. Например, чтобы отключить наложение текстуры, достаточно закомментировать вызов функции TextureInit(), а чтобы получить статичное изображение достаточно не регистрировать функцию обновления изображения вызовом функции glutIdleFunc(). В этом случае можно использовать режим с одним буфером, заменив GL_DOUBLE на GL_SINGLE в команде glutInitDisplayMode() и добавив команду glFlush() в конце процедуры Display() для очистки этого буфера.

Источник

Opengl что это

The Industry’s Foundation for High Performance Graphics

from games to virtual reality, mobile phones to supercomputers

OpenGL Headline News

The Vulkan website has a new home and look!

NVIDIA provides OpenGL-accelerated Remote Desktop for GeForce

Mesa 20.0 Now Defaults To The New Intel Gallium3D Driver For Faster OpenGL

Khronos Group Releases Vulkan 1.2

NVIDIA announces Nsight Systems 2019.6 with OpenGL improvements

learnopengl. Урок 1.1 — OpenGL

Часть 1.1 — OpenGL

Вступление

Core-profile и Immediate mode (Мгновенный режим)

Расширения

Конечный автомат

Объекты

Давайте начнем

OpenGL — что это такое и для чего нужна такая поддержка?

Что это за программа

Как работает OpenGL

Что такое OpenGL?

Введение

Основные возможности OpenGL.

Дополнительные библиотеки OpenGL

Альтернативы OpenGL

Заключение

Национальная библиотека им. Н. Э. Баумана Bauman National Library

Персональные инструменты

OpenGL (Open Graphics Library)

Содержание

История развития OpenGL

OpenGL 1.0

OpenGL 2.0

OpenGL 2.1

OpenGL 3.0

OpenGL 3.1

OpenGL 3.2

OpenGL 3.3

OpenGL 4.0

OpenGL 4.1

OpenGL 4.2

OpenGL 4.3

OpenGL 4.4

OpenGL 4.5

OpenGL 4.6

Vulkan

Основные возможности

Интерфейс OpenGL

Библиотеки изображений

Импорт активов 3D-файлов

Архитектура OpenGL

Синтаксис команд

Opengl что это

Содержание

Клонируем репозиторий, создаём ветку

Что такое OpenGL

OpenGL спроектирован для видеокарт

Создаём сцену для работы с OpenGL

Путаница версий OpenGL

Устанавливаем glm

Как работает OpenGL

Конвейер в целом

Подготовка: RandomColorGenerator

Запускаем конвейер

Компиляция шейдеров

Вершинные данные

Vertex Buffer Object и Vertex Array Object

Триангуляция пятиугольника

Триангуляция круга

Выполняем триангуляцию двух фигур

Устанавливаем матрицу проецирования

Реализуем метод redraw

Немного Об OpenGL

Пара слов об OpenGL 4

Эволюция OpenGL 1 — 4

Основные изменения

OpenGL 4.1

Opengl

Назначение

Где применимо

Национальная библиотека им. Н. Э. Баумана
Bauman National Library

Национальная библиотека им. Н. Э. Баумана
Bauman National Library