概述
OpenGL一般被认为是一个API(Application Programming Interface, 应用程序编程接口),包含了一系列可以操作图形、图像的函数。然而,OpenGL本身并不是一个API,它仅仅是一个由Khronos组织制定并维护的规范(Specification)
OpenGL规范严格规定了每个函数该如何执行,以及它们的输出值。至于内部具体每个函数是如何实现(Implement)的,将由OpenGL库的开发者自行决定(注:这里开发者是指编写OpenGL库的人)。因为OpenGL规范并没有规定实现的细节,具体的OpenGL库允许使用不同的实现,只要其功能和结果与规范相匹配(亦即,作为用户不会感受到功能上的差异)。
实际的OpenGL库的开发者通常是显卡的生产商。你购买的显卡所支持的OpenGL版本都为这个系列的显卡专门开发的。当你使用Apple系统的时候,OpenGL库是由Apple自身维护的。在Linux下,有显卡生产商提供的OpenGL库,也有一些爱好者改编的版本。这也意味着任何时候OpenGL库表现的行为与规范规定的不一致时,基本都是库的开发者留下的bug。由于OpenGL的大多数实现都是由显卡厂商编写的,当产生一个bug时通常可以通过升级显卡驱动来解决。这些驱动会包括你的显卡能支持的最新版本的OpenGL,这也是为什么总是建议你偶尔更新一下显卡驱动。
所有版本的OpenGL规范文档都被公开的寄存在Khronos那里。如果想深入到OpenGL的细节(只关心函数功能的描述而不是函数的实现),这是个很好的选择。如果你想知道每个函数具体的运作方式,这个规范也是一个很棒的参考。
核心模式与立即渲染模式
早期的OpenGL使用立即渲染模式(Immediate mode,也就是固定渲染管线),这个模式下绘制图形很方便。这个模式下OpenGL的大多数功能都被库隐藏起来,开发者很少能控制OpenGL如何进行计算的自由。
立即渲染模式确实容易使用和理解,但是效率太低。因此从OpenGL3.2开始,规范文档开始废弃立即渲染模式,推出核心模式(Core-profile),这个模式完全移除了旧的特性。
当使用OpenGL的核心模式时,OpenGL迫使我们使用现代的函数。立即渲染模式从OpenGL实际运作中抽象掉了很多细节,因而它易于学习的同时,也很难去把握OpenGL具体是如何运作的。现代函数要求使用者真正理解OpenGL和图形编程,它有一些难度,然而提供了更多的灵活性,更高的效率,更重要的是可以更深入的理解图形编程。
所有OpenGL的更高的版本都是在3.3的基础上,引入了额外的功能,并没有改动核心架构。但是,当使用新版本的OpenGL特性时,只有新一代的显卡能够支持你的应用程序。这也是为什么大多数开发者基于较低版本的OpenGL编写程序,并只提供选项启用新版本的特性。
扩展
OpenGL的一大特性就是对扩展(Extension)的支持,当一个显卡公司提出一个新特性或者渲染上的大优化,通常会以扩展的方式在驱动中实现。如果一个程序在支持这个扩展的显卡上运行,开发者可以使用这个扩展提供的一些更先进更有效的图形功能。
通过这种方式,开发者不必等待一个新的OpenGL规范面世,就可以使用这些新的渲染特性了,只需要简单地检查一下显卡是否支持此扩展。通常,当一个扩展非常流行或者非常有用的时候,它将最终成为未来的OpenGL规范的一部分。
OpenGL的运作方式
OpenGL本质上是一个巨大的状态机(State Machine):一系列的变量描述OpenGL此刻应当如何运行。OpenGL的状态通常被称为OpenGL上下文(Context)。我们通常使用如下途径去更改OpenGL状态:设置选项,操作缓冲。最后,我们使用当前OpenGL上下文来渲染。
假设当我们想告诉OpenGL去画线段而不是三角形的时候,我们通过改变一些上下文变量来改变OpenGL状态,从而告诉OpenGL如何去绘图。一旦我们改变了OpenGL的状态为绘制线段,下一个绘制命令就会画出线段而不是三角形。
OpenGL库是用C语言写的,同时也支持多种语言的派生,但其内核仍是一个C库。由于C的一些语言结构不易被翻译到其它的高级语言,因此OpenGL开发的时候引入了一些抽象层。“对象(Object)”就是其中一个。
在OpenGL中一个对象是指一些选项的集合,它代表OpenGL状态的一个子集。
使用OpenGL时,建议使用OpenGL定义的基元类型。比如使用float
时我们加上前缀GL
(因此写作GLfloat
)。int
、uint
、char
、bool
等等也类似。OpenGL定义的这些GL
基元类型的内存布局是与平台无关的,而int等基元类型在不同操作系统上可能有不同的内存布局。使用GL基元类型可以保证你的程序在不同的平台上工作一致。
参考资料
[1] https://learnopengl-cn.readthedocs.io/zh/latest/01%20Getting%20started/03%20Hello%20Window/
[2] http://bit.ly/2lt7ccM