Знакомимся с OpenGL. Графическая библиотека OpenGL

ВВЕДЕНИЕ

OpenGL является одним из самых популярных прикладных программных интерфейсов (API - Application Programming Interface) для разработки приложений в области двумерной и трехмерной графики.

Стандарт OpenGL (Open Graphics Library - открытая графическая библиотека) был разработан и утвержден в 1992 году ведущими фирмами в области разработки программного обеспечения как эффективный аппаратно-независимый интерфейс, пригодный для реализации на различных платформах. Основой стандарта стала библиотека IRIS GL, разработанная фирмой Silicon Graphics Inc.

Библиотека насчитывает около 120 различных команд, которые программист использует для задания объектов и операций, необходимых для написания интерактивных графических приложений.

На сегодняшний день графическая система OpenGL поддерживается большинством производителей аппаратных и программных платформ. Эта система доступна тем, кто работает в среде Windows, пользователям компьютеров Apple. Свободно распространяемые коды системы Mesa (пакет API на базе OpenGL) можно компилировать в большинстве операционных систем, в том числе в Linux.

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

Стабильность. 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.

Легкость применения. 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.

Наличие хорошего базового пакета для работы с трехмерными приложениями упрощает понимание студентами ключевых тем курса компьютерной графики - моделирование трехмерных объектов, закрашивание, текстурирование, анимацию и т.д. Широкие функциональные возможности OpenGL служат хорошим фундаментом для изложения теоретических и практических аспектов предмета.

ПРОГРАММИРОВАНИЕ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ БИБЛИОТЕКИ OPENGL

Назначение и возможности библиотеки OpenGL

Для упрощения разработки программ на языке Си++ существует большое количество готовых библиотек с реализацией алгоритмов для конкретных предметных областей, от численных расчетов до распознавания речи. Библиотека OpenGL является одним из самых популярных программных интерфейсов (API) для работы с трехмерной графикой. Стандарт OpenGL был утвержден в 1992 г. ведущими фирмами в области разработки программного обеспечения. Его основой стала библиотека IRIS GL, разработанная фирмой Silicon Graphics на базе концепции графической машины Стэнфордского университета (1982 г.).

OpenGL переводится как Открытая Графическая Библиотека (Open Graphics Library). Программы, использующие OpenGL, гарантируют одинаковый визуальный результат во многих операционных системах - на персональных компьютерах, на рабочих станциях и на суперкомпьютерах.

С точки зрения программиста, OpenGL - это программный интерфейс для графических устройств (например, графических ускорителей). Он включает в себя около 150 различных функций, с помощью которых программист может задавать свойства различных трехмерных и двумерных объектов и выполнять их визуализацию (рендеринг). Т.е. в программе надо задать местоположение объектов в трехмерном пространстве, определить другие параметры (поворот, растяжение), задать свойства объектов (цвет, текстура, материал и т.д.), положение наблюдателя, а затем библиотека OpenGL выполнит генерацию двумерной проекции этой трехмерной сцены.

Можно сказать, что библиотека OpenGL является библиотекой только для визуализации трехмерных сцен (rendering library). Она не поддерживает какие либо периферийные устройства (например, клавиатуру или мышь) и не содержит средств для управления экранными окнами. Обеспечение взаимодействия периферийных устройств с библиотекой OpenGL в конкретной операционной системе является задачей программиста.

Основные возможности OpenGL, предоставляемые программисту, можно разделить на несколько групп:

1. Геометрические и растровые примитивы. На основе этих примитивов строятся все остальные объекты. Геометрические примитивы - это точки, отрезки и многоугольники. Растровыми примитивами являются битовые массивы и изображения.

2. Сплайны. Сплайны применяются для построения гладких кривых по опорным точкам.

3. Видовые и модельные преобразования. Эти преобразования позволяют задавать пространственное расположение объектов, изменять форму объектов и задавать положение камеры, для которой OpenGL строит результирующее проекционное изображение.

4. Работа с цветом. Для операций с цветом в OpenGL есть режим RGBA (красный - зелёный - синий - прозрачность) и индексный режим (цвет задается порядковым номером в палитре).

5. Удаление невидимых линий и поверхностей.

6. Двойная буферизация. В OpenGL доступна и одинарная, и двойная буферизация. Двойная буферизация применяется для устранения мерцания при мультипликации. При этом изображение каждого кадра сначала рисуется в невидимом буфере, а на экран кадр копируется только после того, как полностью нарисован.

7. Наложение текстуры. Текстуры упрощают создание реалистичных сцен. Если на объект, например, сферу, наложить текстуру (некоторое изображение), то объект будет выглядеть иначе (например, сфера будет выглядеть как разноцветный мячик).

8. Сглаживание. Автоматическое сглаживание компенсирует ступенчатость, свойственную растровым дисплеям. При сглаживании отрезков OpenGL изменяет интенсивность и цвет пикселей так, что эти отрезки отображаются на экране без зигзагов".

9. Освещение. Указание расположения, интенсивности и цвета источников света.

10. Специальные эффекты. Например, туман, дым, прозрачность объектов. Эти средства позволяют сделать сцены более реалистичными.

Хотя библиотека OpenGL предоставляет практически все возможности для моделирования и воспроизведения трёхмерных сцен, некоторые графические функции непосредственно в OpenGL недоступны. Например, чтобы задать положение и направление камеры для наблюдения сцены придется рассчитывать проекционную матрицу, что сопряжено с достаточно громоздкими вычислениями. Поэтому для OpenGL существуют так называемые вспомогательные библиотеки.

Одна из этих библиотек называется GLU. Эта библиотека является частью стандарта и поставляется вместе с главной библиотекой OpenGL. В состав GLU входят более сложные функции (например, для создания цилиндра или диска требуется всего одна команда). В библиотеке GLU есть также функции для работы со сплайнами, реализованы дополнительные операции над матрицами и дополнительные виды проекций.

Еще две известные библиотеки - GLUT (для Unix) и GLAUX (для MS Windows). В них реализованы не только дополнительные функции OpenGL (для построения некоторых сложных фигур вроде конуса и тетраэдра), но также есть функции для работы с окнами, клавиатурой и мышью в консольных приложениях. Чтобы работать с OpenGL в конкретной операционной системе (например, Windows или Unix), надо провести некоторую предварительную настройку, которая зависит от операционной системы. GLUT и GLAUX позволяют буквально несколькими командами определить окно, в котором будет работать OpenGL, задать функции для обработки команд от клавиатуры или мыши.

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

Функции описания примитивов определяют объекты нижнего уровня иерархии (примитивы), которые способна отображать графическая подсистема. В OpenGL в качестве примитивов выступают точки, линии, многоугольники и т.д.

Функции описания источников света служат для описания положения и параметров источников света, расположенных в трехмерной сцене.

Функции задания атрибутов. С помощью задания атрибутов программист определяет, как будут выглядеть на экране отображаемые объекты. Другими словами, если с помощью примитивов определяется, что появится на экране, то атрибуты определяют способ вывода на экран. В качестве атрибутов OpenGL позволяет задавать цвет, характеристики материала, текстуры, параметры освещения.

Функции визуализации позволяет задать положение наблюдателя в виртуальном пространстве, параметры объектива камеры. Зная эти параметры, система сможет не только правильно построить изображение, но и отсечь объекты, оказавшиеся вне поля зрения.

Набор функций геометрических преобразований позволяют программисту выполнять различные преобразования объектов - поворот, перенос, масштабирование.

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.

Решили изучить OpenGL, но знаете, с чего начать? Сделали подборку материалов.

Что есть OpenGL

OpenGL (открытая графическая библиотека) - один из наиболее популярных графических стандартов для работы с графикой. Программы, написанные с её помощью можно переносить практически на любые платформы, получая одинаковый результат. OpenGL позволяет не писать программы под оборудование, а воспользоваться существующими разработками. Разрабатывает OpenGL компания Silicon Graphics, при сотрудничестве с другим технологическими гигантами.

С точки зрения программирования, OpenGL - это программный интерфейс для растровой графики, таких как графические ускорители. Он включает в себя около 150 различных команд, с помощью которых программист может определять различные объекты и производить рендеринг.

Материалы для изучения

Туториалы

Онлайн-курсы

Lynda - «Курс по OpenGL»;
Токийский университет - «Интерактивная компьютерная графика»;
Университет Сан-Диего - «Основы компьютерной графики».

Книги

На русском

1. Д. Шрайнер - OpenGL Redbook - скачать;

Книга - официальное руководство по изучению OpenGL. Последние издания практически полностью отличаются от первоначальных вариантов, автор обновляет её в соответствии с изменениями версий. По мнению сотен специалистов, работающих с Open GL, эта книга является первым, что должен взять в руки желающий изучить технологию.

2. Д. Вольф - Open GL 4. Язык шейдеров. Книга рецептов (2015) - скачать;

В этой книге рассматривается весь спектр приемов программирования на GLSL, начиная с базовых видов шейдеров – вершинных и фрагментных, – и заканчивая геометрическими, вычислительными и шейдерами тесселяции. Прочтя ее, вы сможете задействовать GPU для решения самых разных задач.

3. Д. Гинсбург - OpenGL ES 3.0. Руководство разработчика (2014) - купить;

В данной книге автор рассматривает весь API и язык для написания шейдеров. Также вы найдете советы по оптимизации быстродействия, максимизации эффективности работы API и GPU и полном использовании OpenGL ES в широком спектре приложений.

4. В. Порев - Компьютерная графика (2002) - скачать;

В книге рассмотрены способы работы с компьютерной графикой, частые проблемы, приведены примеры программ на C++.

На английском

1. П. Ширли - Основы компьютерной графики (2009) - ;

Книга предназначена для введение в компьютерную графику на базовом уровне. Авторы рассказывают про математические основы компьютерной графики с акцентом на то, как применять эти основы для разработки эффективного кода.

2. Э. Ангел - Интерактивная компьютерная графика - купить ;

Эта книга предназначена для всех студентов, изучающих информатику и программирование углубленно. Компьютерная анимация и графика - уже не так сложно, как раньше. Следуя своему утверждению, автор написал книгу максимально понятным языком.

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.

Стабильность - 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.

Легкость применения - 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

Набор базовых примитивов: точки, линии, многоугольники и т.п.

Видовые и координатные преобразования

Удаление невидимых линий и поверхностей (z-буфер)

Использование сплайнов для построения линий и поверхностей

Наложение текстуры и применение освещения

Добавление специальных эффектов: тумана, изменение прозрачности,сопряжение цветов (blending), устранение ступенчатости (anti-aliasing).

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 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:

Аппроксимация кривых и поверхностей

Обработка вершин и сборка примитивов

Растеризация и обработка фрагментов

Операции над пикселями

Подготовка текстуры

Передача данных в буфер кадра

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.

ИНИЦИАЛИЗАЦИЯ БИБЛИОТЕКИ OpenGL В C++

Первым делом нужно подключить заголовочные файлы:

#include

· gl.h и glu.h содержат прототипы основных функций OpenGL определённых в opengl32.dll и glu32.dll.

· glaux.h содержит вспомогательные (auxiliary) функции (glaux.dll).

После подключения заголовочных файлов нужно установить формат пикселей. Для этой цели используется следующая функция:

BOOL bSetupPixelFormat(HDC hdc)

PIXELFORMATDESCRIPTOR pfd, *ppfd;

int pixelformat;

ppfd->nSize = sizeof(PIXELFORMATDESCRIPTOR);

ppfd->nVersion = 1;

ppfd->dwFlags = PFD_DRAW_TO_WINDOW | PFD_SUPPORT_OPENGL | PFD_DOUBLEBUFFER;

ppfd->dwLayerMask = PFD_MAIN_PLANE;

ppfd->iPixelType = PFD_TYPE_RGBA;

ppfd->cColorBits = 16;

ppfd->cDepthBits = 16;

ppfd->cAccumBits = 0;

ppfd->cStencilBits = 0;

if ((pixelformat = ChoosePixelFormat(hdc, ppfd)) == 0)

MessageBox(NULL, "ChoosePixelFormat failed", "Error", MB_OK);

if (SetPixelFormat(hdc, pixelformat, ppfd) == FALSE)

MessageBox(NULL, "SetPixelFormat failed", "Error", MB_OK);

Структура PIXELFORMATDESCRIPTOR сказать надо.

cColorBits - глубина цвета

cDepthBits - размер буфера глубины (Z-Buffer)

cStencilBits - размер буфера трафарета (мы его пока не используем)

iPixelType - формат указания цвета. Может принимать значения PFD_TYPE_RGBA (цвет указывается четырьмя параметрами RGBA - красный, зленный, синий и альфа) и PFD_TYPE_COLORINDEX (цвет указывается индексом в палитре).

Функция ChoosePixelFormat() подбирает формат пикселей и возвращает его дескриптор, а SetPixelFormat() устанавливает его в контексте устройства (dc).

После того как в контексте устройства установлен формат пикселей, нужно создать контекст воспроизведения (Rendering Context) для этого в OpenGL определены следующие функции:

HGLRC wglCreateContext(HDC hdc);

BOOL wglMakeCurrent(HDC hdc, HGLRC hglrc);

В объявлении класса формы в области private необходимо добавить следующее:

ghRC - указатель на контекст воспроизведения (Rendering Context)

ghDC - дескриптор устройства (для нас - просто указатель на окно)

Процедура Draw будет отвечать за рисование.

void __fastcall TForm1::FormCreate(TObject *Sender)

ghDC = GetDC(Handle);

if (!bSetupPixelFormat(ghDC))

ghRC = wglCreateContext(ghDC);

wglMakeCurrent(ghDC, ghRC);

glClearColor(0.0, 0.0, 0.0, 0.0);

FormResize(Sender);

glEnable(GL_COLOR_MATERIAL);

glEnable(GL_DEPTH_TEST);

glEnable(GL_LIGHTING);

glEnable(GL_LIGHT0);

float p={3,3,3,1},

glLightfv(GL_LIGHT0,GL_POSITION,p);

glLightfv(GL_LIGHT0,GL_SPOT_DIRECTION,d);

glViewport(0, 0, Width, Height);

glMatrixMode(GL_PROJECTION);

glLoadIdentity();

glOrtho(-5,5, -5,5, 2,12);

gluLookAt(0,0,5, 0,0,0, 0,1,0);

glMatrixMode(GL_MODELVIEW);

glClearColor() устанавливает цвет, которым будет заполняться экран при очищении. У этой процедуры - 4 параметра, что соответствует RGBA. Вместо нее можно написать glClearIndex(0.0) . Эта процедура устанавливает индекс цвета в палитре.

glViewport() устанавливает область вывода - область, в которую OpenGL будет выводить изображение.

glMatrixMode() устанавливает режим матрицы видового преобразования.

glLoadIdentity() заменяет текущую матрицу видового преобразования на единичную.

glOrtho() устанавливает режим ортогонального (прямоугольного) проецирования. Это значит, что изображение будет рисоваться как в изометрии. 6 параметров типа GLdouble (или просто double): left, right, bottom, top, near, far определяют координаты соответственно левой, правой, нижней, верхней, ближней и дальней плоскостей отсечения, т.е. всё, что окажется за этими пределами, рисоваться не будет. На самом деле эта процедура просто устанавливает масштабы координатных осей. Для того чтобы установить перспективное проецирование, используются процедуры glFrustum() и gluPerspective().

gluLookAt() устанавливает параметры камеры: первая тройка - её координаты, вторая - вектор направления, третья - направление оси Y.

В OpenGL всё включается и выключается (разрешается и запрещается) процедурами glEnable() и glDisable().

glLightfv() устанавливает свойства "лампочек": позицию и направление света.

После того, как завершена работа с OpenGL, нужно освободить занятые ресурсы: освободить контекст, вызвав wglMakeCurrent с параметром ноль для идентификатора контекста OpenGL и разрушить этот контекст функцией wglDeleteContext. Кроме того нужно удалить дескриптор ghDC. Так как обычно работу с OpenGL завершается при завершении работы приложения, то соответствующий код нужно поместить в FormClose:

void __fastcall TForm1::FormClose(TObject *Sender, TCloseAction &Action)

wglMakeCurrent(ghDC,0);

wglDeleteContext(ghRC);

ReleaseDC(Handle, ghDC);

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

За время прохождения производственной практики с 5 июля по 31 июля 2011 г. в ЗАО «Транзас», Авиационное направление в отделе программирования, я ознакомился с работой отдела программирования. Ознакомился с устройством и функционированием комплексных авиа тренажеров, разрабатываемых в ЗАО «Транзас». Я узнал о такой системе визуализации ландшафтов и различных объектов, как «Аврора». Я получил первоначальные практические навыки и умения, необходимые для разработки приложений и программного обеспечения с помощью современного высокоуровневого языка программирования и графической библиотеки.

Это стандартное графическое приложением для 2D и 3D-визуализации, разработанного в 1992 году. Opengl поставляется в двух вариантах. Первый из них — «Микрософт OpenGL», который часто включается в «Виндовс» для установки графической карты. Второй — Cosmo OpenGL - предназначен для систем, у которых нет ускоренной видеокарты. Библиотека OpenGL - основное условие работы приложения.

Пользовательский обзор OpenGL

До OpenGL любая компания, разрабатывающая графическое приложение, должна была переписать графическую часть для каждой платформы операционной системы. С ним можно создавать одни и те же эффекты в разных операционных системах, используя любой графический адаптер, поддерживающий программу. OpenGL задает набор «команд» или сразу выполняемых функций, каждая из которых направляет действие рисования или вызывает специальные эффекты. Список их может быть создан для повторяющихся эффектов.

OpenGL не зависит от характеристик «Виндовс» каждой операционной системы, но предоставляет специальные подпрограммы для ОС. Она выпускается с огромным перечнем встроенных возможностей, запрашиваемых через API. К ним относятся:

скрытое удаление поверхности;
альфа-смешение (прозрачность);
сглаживание;
текстурное картирование;
операции с пикселями;
просмотр и моделирование трансформаций;
атмосферные эффекты (туман и дымка).

Silicon Graphics - разработчики передовых графических рабочих станций - инициировала разработку OpenGL. DEC, Intel, IBM, Microsoft и Sun Microsystems вошли в отраслевую комиссию по обзору архитектуры. Разработка приложений, использующих API OpenGL, не несет никаких затрат, кроме обучения. Microsoft предлагает бесплатную загрузку ее библиотек для своих систем.

Набор модулей для Windows

Приложение доступно на многих системах Win32 и Unix. А f90gl — это реализация публичного домена официальных связей Fortran 90 для OpenGL, оформленная в виде базы данных модулей и библиотек, определяющей необходимые интерфейсы для функциональности программы. Сам f90gl был разработан Уильямом Ф. Митчеллом технологического института Гейтерберга в США. До недавнего времени OpenGL LF9x можно было создавать только в виде статически связанных программ, ориентированных на Visual C.

В настоящее время доступен гораздо более дружелюбный метод благодаря усилиям по переносу, реализованным Lawson B. Wakefield из Великобритании. Эта реализация сделала интерфейс OpenGL доступным в рамках WiSK и Winteracter и была выполнена на добровольной, некоммерческой основе. Для подключения библиотеки OpenGL нужны определенные DLL OpenGL, установленные в каталоге Windows SYSTEM32. К ним относятся следующие:

opengl32.dll;
glu32.dll;
glut32.dll.

Первые две из этих библиотек OpenGL (изучить их перед установкой необходимо), являются стандартной частью Windows разных модификаций и Me. Библиотеки и модули f90gl должны быть установлены в LIB-каталоге LF95:

F90GL.LIB;
F90GLU.LIB;
F90GLUT.LIB;
OPENGL32.LIB;
GLU32.LIB;
GLUT32.LIB;
OPENGL.MOD;
OPENGL2.MOD;
OPENGL_KINDS.MOD;
OPENGL_GLINTERFACES.MOD;
OPENGL_FWRAP.MOD;
OPENGL_GLUINTERFACES.MOD;
OPENGL_GLU.MOD;
OPENGL_GLUTINTERFACES.MOD;
OPENGL_GLUT.MOD;
OPENGL_GL.MODd.

Компиляция и связывание программ f90gl требует, чтобы каталог LF95 LIB указывался в пути модуля компилятора и имена библиотек f90gl для связывания.

Библиотеки изображений

DevIL используется для разработчиков. Он поддерживает множество форматов изображений для чтения и записи, несколько компиляторов и ОС («Виндовс», «Линукс», Мас). Библиотека имеет следующий синтаксис:

FreeImage — это кросс-платформенная библиотека OpenGL загрузки изображений с очень широкой поддержкой форматов (включая некоторые HDR-форматы, такие как OpenEXR).
OpenImageIO (OIIO) — это библиотека для чтения и записи изображений, а также множество связанных классов, утилит и приложений. Широко используется в анимационных и VFX-студиях по всему миру, а также встроена в несколько коммерческих продуктах.
SOIL — это кросс-платформенный загрузчик изображений общего пользования, который чрезвычайно мал. C ++, способный загружать текстуры DDS (DDS9 и DDS10) по лицензии MIT.
Glraw предоставляет инструмент командной строки, который преобразует файлы изображений в необработанные, непосредственно содержащие простые текстурные данные.

Импорт активов 3D-файлов

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

Может считывать различные форматы 3D-файлов - COLLADA, собственные файлы Blender3D, Wavefront Obj (.obj) и многие другие. Библиотека lib3ds предназначена для чтения 3ds-файлов.
Open3mod — это средство просмотра модели на базе Windows. Он загружает все форматы файлов, которые поддерживает Assimp, и идеально подходит для быстрой проверки 3D-активов.
AssetKit (In Progress) — библиотека OpenGL импортер/экспортер 3D-ресурсов, утилита, основанная на спецификациях COLLADA/glTF. Главное внимание здесь уделено COLLADA и glTF. Она будет полностью поддерживать форматы 1.4, 1.4.1, 1.5+, а также некоторые другие в качестве библиотеки для загрузки моделей в OpenGL.

Высокопроизводительная 2D/3D-графика

Графическая библиотека OpenGL для Android включает поддержку высокопроизводительной 2D и 3D-графики с открытой библиотекой, в частности API OpenGL ES. Android поддерживает ее как через API-интерфейс инфраструктуры, так и Native Development Kit (NDK). В платформе названной операционной системы есть два фундаментальных класса, которые позволяют создавать и манипулировать графикой с помощью API: GLSurfaceView и GLSurfaceView.Renderer.

Если есть цель использовать OpenGL в приложении для Android, то нужно понимать, как реализовать эти классы в действии. Так, GLSurfaceView может рисовать и манипулировать объектами, используя вызовы API OpenGL аналогично функции SurfaceView. Этот интерфейс определяет методы, необходимые для рисования графики в a GLSurfaceView. И пользователь должен обеспечить реализацию этого интерфейса как отдельный класс и прикрепить к GLSurfaceView экземпляр GLSurfaceView.setRenderer. После того как создан контейнерный вид для OpenGL ES, GLSurfaceView и GLSurfaceView.Renderer, можно начать подключение библиотеки OpenGL и использовать API.

Набор мобильных графических устройств

Реализации приложения различаются для Android-устройств поддерживаемыми расширениями API и включают сжатие текстур и другой набор функций. Android Extension Pack (AEP) поддерживает стандартную базу расширений. Упаковка их вместе способствует последовательному набору функциональности на всех устройствах, позволяя разработчикам в полной мере использовать новейший пакет мобильных графических конструкций.

AEP также улучшает поддержку изображений, буферов хранения шейдеров и счетчиков. Чтобы приложение могло использовать AEP, версия платформы должна поддерживать ее. Нужно также обозначит требование AEP следующим образом: <использует функцию android: name = "android.hardware.opengles.aep" android: required = "true" />

Проверка и выбор версии OpenGL ES

На Android-устройствах доступно несколько версий приложения. Можно указать минимальную версию API, которая требуется приложению в телефоне. Версия API opengl ES 1.0, версия 2.0 и версия 3.0 обеспечивают высокопроизводительные графические интерфейсы для создания 3D-игр, визуализации и пользовательских интерфейсов. Программа для OpenGL ES 2.0 во многом похожа на версию 3.0, представляющую собой надмножество API 2.0 с дополнительными функциями.

Программирование для 1.0 / 1.1 API по сравнению с 2.0 и 3.0 значительно отличается, и поэтому разработчикам следует внимательно изучить некоторые факторы, прежде чем начинать разработку с помощью этих API. Так, в общем, 2 и 3 обеспечивают более быструю графическую производительность, чем API ES 1/1,1. Тем не менее разница в ней может варьироваться в зависимости от устройства Android, на котором работает приложение, из-за различий в реализации аппаратного обеспечения графического конвейера.

Сравнение с драйверами DirectX

В Windows графические драйверы DirectX поддерживаются качественнее, чем OpenGL, несмотря на то что разработчики управляют из более быстрых.

Библиотеки OpenGL и DirectX (история и перспективы их) связаны с «Микрософт», которая фактически выступила против OpenGL. В 2003 году Microsoft заявила, что ей больше не интересны планы OpenGL. Затем в 2005 году они на презентации в SIGGRAPH сделали заявление, что Windows Vista удалит ее поддержку.

Эта кампания вызвала хаос в сообществе OpenGL, после чего многие программисты в области профессиональной графики перешли на DirectX. После того как Vista все же была выпущена, громкие заявления выполнены не были - поставщики создали новые производительные драйверы (ICD), которые восстанавливают встроенную функцию. Open рассылала информационные бюллетени с информацией, что по-прежнему является лучшим приложением. Тем не менее ущерб уже был нанесен, а общественное доверие к OpenGL сильно пошатнулось.

На самом деле OpenGL более мощный, чем DirectX, поддерживает больше платформ и имеет преимущественное значение для будущего игр. История и перспективы библиотек OpenGL и DirectX говорят о том, что первая из них имеет все же больше позитива:

Предоставляет возможность использовать функции графики для оперативных систем, в то время как DirectX предоставляет только моментальные элементы из них в новейших версиях «Виндовс». Технология тесселяции, которую Microsoft разработывал для DirectX 11, была расширением OpenGL в течение трех лет. Путем кропотливого труда удалось добиться того, что DirectX 10 и 11 теперь работают так же быстро, как и OpenGL, и поддерживают почти столько же функций. Однако есть одна большая проблема: они не работают в Windows XP, которой до сих пор пользуются много людей.
Кросс-платформенный. Многие пользователи Lugaru работают на Mac, Linux и Windows XP и не могут играть через DirectX. Единственный способ доставить новейшую графику для геймеров Windows XP — через 32bits opengl библиотеки.
Лучше для будущего игр. Это некоммерческий открытый стандарт, созданный для того, чтобы пользователи на любой платформе могли получать высококачественную графику, которую предоставиляет их оборудование. Его развитие разрушается сегодня монополистической атакой корпоративного гиганта, пытающегося доминировать в отрасли. Вот почему Direct3D становится единственным игровым графическим API, поддерживаемым в Windows.

C ++ и настройка Visual Studio

Библиотека OpenGL для c имеет бесплатную версию. Специалисты рекомендуют скомпилировать программы, написанные на ANSI C с OpenGL и GLUT, с помощью Dev-C ++.

Bloodshed Dev-C ++ - это бесплатный компилятор C ++ и среды разработки для операционных систем Windows. Как и большинство таких же технических средств, его можно использовать для компиляции ANSI C. Установив файлы заголовков GLUT и библиотеки, его применяют для написания программ. Для реализации этого проекта можно использовать 32-разрядную или 64-разрядную «Виндовс».

Перед тем как подключить к dev c библиотеку OpenGL, понадобятся заголовки glew, которые можно найти на вебсайте sourceforge Extension Wrangler, и версия freeglut для Visual Studio:

Нажать ссылку внутри пакета freeglut 3.0.0 MSVC.
Ввести имя файла, который нужно скачать.
Загрузить его, в папке с freeglut.
Извлечь и переименовать в freeglut.
Общий каталог для установки: C: \ DEV.
Каталог, в котором находятся проекты: C: \ DEV \ visual-studio-c ++.
Каталог, в котором находятся библиотеки: C: \ DEV \ Lib Visual Studio.
Открыть его и создать пустой проект > «Шаблоны»> Visual C ++> Пустой проект.
Затем написать «Имя»: Shapes2D.
Местоположение: C: \ dev \ visual-studio-c ++ \.
Создать новое решение в OpenGL-библиотеке для Visual Studio. Название решения: BadprogTutorial OK.
Проект Shapes2D создан в решении BadprogTutorial.
Добавить main.cpp> Кликнуть правой кнопкой мыши «Проект»> «Добавить»> «Новый элемент»> Visual C ++> Файл C ++. Написать имя: main.cpp и добавить.
Настроить конфигурации библиотеки GL и OpenGL glut.
Кликнуть мышью проект Shapes2D> «Свойства». В левом верхнем углу раскрывающегося меню найти «Конфигурация» и выбрать все конфигурации (вместо Debug).
Кликнуть мышью на «Свойства конфигурации»> C / C ++> «Общие»> «Дополнительные каталоги вложений». Справа находится раскрывающееся меню, нажать «Изменить...».
Появилось новое окно: «Дополнительные каталоги».
Нажать значок «Новая линия»> кнопку обзора и выбрать две следующие папки: C: \ DEV \ Lib \ Glew-1.12.0 \ . C: \ DEV \ Lib \ freeglut-3.0.0 \ .
Нажать кнопку ОК. Применить использование библиотеки OpenGL, включая библиотеки, библиотечные папки.
Кликнуть правой кнопкой мыши проект Shapes2D> «Свойства» > «Свойства конфигурации»> «Коннектор»> «Общие»> «Дополнительные каталоги библиотек».
Справа находится раскрывающееся меню. Нажать на «Изменить...». Появилось новое окно: «Дополнительные библиотеки».
Нажать значок «Новая линия»> нажать кнопку обзора> выбрать две следующие папки для 64-разрядной версии: C: \ DEV \ Lib \ Glew-1.12.0 \ Lib \ Release \ x64 и C: \ DEV \ Lib \ freeglut-3.0.0 \ Lib \ x64.
Нажать кнопку ОК> применить библиотечные файлы. Кликнуть мышью проект Shapes2D> «Свойства» > «Свойства конфигурации»> «Коннектор»> «Ввод».
Справа находится раскрывающееся меню, нажмите «Изменить...».
Появилось новое окно: «Дополнительные зависимости». Кликнуите по белой области и напишите: freeglut.lib.
Нажать Enter, чтобы перейти к следующей строке: glew32.lib.
Нажать «Применить» и ОК.

Теперь Visual Studio IDE готова работать с OpenGL.

Загрузка Dev-C ++

Эти инструкции были протестированы на большом множестве систем Windows, которые поставляются с файлами, необходимыми для OpenGL, но не для файлов, необходимых для GLUT. Dev-C ++ не работает с Vista от Microsoft.

Процедура загрузки:

Загрузите Dev-C ++ и установите его.
Получите Dev-C ++ 5.0 beta 9.2 (4.9.9.2) (9.0 MB) с Mingw / GCC 3.4.2 (хотя это «бета-версия», она отлично работает).
Теперь нужно нажать на SourceForge, чтобы перейти к списку сайтов загрузки, и выбрать один.
Сохранить этот файл в таком месте, как C: \ Temp.
Когда загрузка будет завершена, нажать кнопку «открыть», чтобы начать процесс установки. Или перейти к C: \ Temp и дважды кликнуть по devcpp4.9.9.2_setup.exe.
Выбрать «типичную» установку. Принять предложенный пункт назначения для установки.
Ответить: «Да», когда установка спрашивает, хотите ли установить Dev-cpp для всех пользователей. На экране появляется сообщение, что установка завершена. Нажать «Готово». Появится первый экран конфигурации.
Выбрать «Английский» и «Новый взгляд». На следующих нескольких экранах нажать «Да». Программа запускается автоматически.
Нажать «Файл», затем создать проект.
Выбрать имя для проекта (например, «myProject»).
Нажать «C Project», «Пустой проект» и ОК.
В окне «Создать новый проект» нажать «Сохранить».
Нажать «Файл / Новый / Исходный файл» и в «Добавить исходный файл в текущий проект» нажать «Да».
Нажать «Файл / Сохранить как» и сохранить файл как «hello.c» (или другое имя). Важно убедиться, что расширение файла.c. С любым другим расширением (например, предлагаемым.cpp) возникнут проблемы с компиляцией.
Нажать «Выполнить / Скомпилировать и запустить». Программа компилирует, запускает и записывает свой вывод в окно DOS.
Попробовать другой способ запуска программы (после ее компиляции) — запустить окно DOS вне системы Dev-Cpp.
Перейти к подкаталогу, в котором содержится проект, и набрать hello.exe.
Найти Dev-C ++, указанный в разделе «Программы» из пускового меню.

Теперь пользователь сможет создавать, компилировать и запускать программы C (и C ++). У него будут файлы, библиотеки и dll для OpenGL (и всех других стандартных пакетов), но не GLUT. GLUT управляет окнами и другими компонентами пользовательского интерфейса, необходимыми для него, и их устанавливают отдельно.

Установка и запуск программы на Windows 7

Платформа выполнения для Visual Studio 2010 - Integrated. Среда (IDE), под управлением Windows 7. Вам нужно загрузить и установить Microsoft Visual C ++ 2010 Express. А после того как Visual C ++ будет успешно установлен, следует выполнить следующие действия:

Загрузить и распаковать файл freeglut-MSVC-2.8.1-1.
Открыть экран приветствия Visual C ++ 2010 из меню «Пуск».
Создать новый проект, выбрав File -> New -> Project.
Выбрать Win32 на панели «Установленные шаблоны», а затем «Консольное приложение Win32» со следующей панели.
Назвать свой проект и выбрать папку, в которую нужно его сохранить.
Снять флажок «Создать каталог для решения».
Нажать ОК, чтобы открыть окно приветствия мастера и «Параметры приложения» для диалогового окна настроек.
Снять флажок «Предварительно скомпилированный заголовок», установить флажок «Пустое проект» и выбрать «Консольное приложение».
Нажать «Готово», чтобы увидеть новое окно проекта библиотеки OpenGL для Windows 7.
Нажать мышью на Source Files и выбрать Add -> New Item, чтобы открыть диалоговое окно.
Выбрать «Код» на панели «Установленные шаблоны» и «Файл C ++» (.cpp) со следующей панели.
Назвать свой файл и нажать «Добавить», чтобы увидеть пустую панель кода в окне проекта с названием «Выбранное имя».
Сохранить и создайть проект, перейдя в Debug -> Build Solution. Затем выполнить программу с помощью Debug -> Start Debugging.

Если графическая карта не поддерживает OpenGL 4.3, то программы, использующие его, могут компилироваться, но не выполняться, поскольку система не может предоставить контекст рендеринга OpenGL 4.3, заданный командой glutInitContextVersion (4. 3) в основной процедуре. В этом случае можно заменить Version 4.3 на 3.3 или даже на 2.1.

Хотя почти все платформы поддерживают OpenGL API, разработчикам по-прежнему необходимо создавать индивидуальные приложения для разных платформ. Это связано с тем, что графика является лишь частью приложения, а другие компоненты по-прежнему отличаются между платформами. Чтобы исправить это, WebApp был разработан для запуска целых программ в веб-браузере, таких как Chrome и Firefox. Так что одна программа может работать на всех платформах с совместимым браузером.

Между тем на стороне клиента все передается «на лету» с серверов, поэтому дальнейшая установка приложения не требуется. Специальный API под названием WebGL также был создан для Интернета и основан на ES, подмножестве OpenGL, разработанном специально для мобильных устройств. Чтобы достичь аналогичной цели для VR, другой API, называемый WebVR, был разработан, чтобы легко довести опыт VR до браузеров, независимо от платформы.

В этом разделе мы научимся создавать трехмерные изображения с помощью функций библиотеки OpenGL, для того чтобы в следующей главе разработать Windows-приложение, которое можно рассматривать как инструмент просмотра результатов научных расчетов. Материал этого раздела позволит вам постепенно войти в курс дела и овладеть очень привлекательной технологией создания и управления трехмерными изображениями. Сначала мы рассмотрим основные возможности библиотеки OpenGL, затем научимся управлять функциями OpenGL на примере простых приложений консольного типа и лишь после этого приступим к разработке Windows-приложения.

Читатель, наверное, знает, что OpenGL это оптимизированная, высокопроизводительная графическая библиотека функций и типов данных для отображения двух-и трехмерной графики. Стандарт OpenGL был утвержден в 1992 г. Он основан на библиотеке IRIS GL, разработанной компанией Silicon Graphics (www.sgi.com). OpenGL поддерживают все платформы. Кроме того, OpenGL поддержана аппаратно. Существуют видеокарты с акселераторами и специализированные SD-карты, которые выполняют примитивы OpenGL на аппаратном уровне.

Материал первой части этого урока навеян очень хорошей книгой (доступной в online-варианте) издательства Addison-Wesley "OpenGL Programming Guide, The Official Guide to Learning OpenGL". Если читатель владеет английским языком, то мы рекомендуем ее прочесть.

Подключаемые библиотеки

Microsoft-реализация OpenGL включает полный набор команд OpenGL, то есть глобальных функций, входящих в ядро библиотеки OPENGL32.LIB и имеющих префикс gl (например, glLineWidth). Заметьте, что функции из ядра библиотеки имеют множество версий, что позволяет задать желаемый параметр или настройку любым удобным вам способом. Посмотрите справку по функциям из семейства glColor*. Оказывается, что задать текущий цвет можно 32 способами. Например, функция:

Void glColorSb(GLbyte red, GLbyte green, GLbyte blue);

Определяет цвет тремя компонентами типа GLbyte, а функция:

Void glColor4dv (const GLdouble *v);

Задает его с помощью адреса массива из четырех компонентов.

С учетом этих вариантов ядро библиотеки содержит более 300 команд. Кроме того, вы можете подключить библиотеку утилит GLU32.LIB, которые дополняют основное ядро. Здесь есть функции управления текстурами, преобразованием координат, генерацией сфер, цилиндров и дисков, сплайновых аппроксимаций кривых и поверхностей (NURBS - Non-Uniform Rational B-Spline ), а также обработки ошибок. Еще одна, дополнительная (auxiliary ) библиотека GLAUX.LIB позволяет простым способом создавать Windows-окна, изображать некоторые SD-объекты, обрабатывать события ввода и управлять фоновым процессом. К сожалению, эта библиотека не документирована. Компания Microsoft не рекомендует пользоваться ею для разработки коммерческих проектов, так как она содержит код цикла обработки сообщений, в который невозможно вставить обработку других произвольных сообщений.

Примечание
Тип GLbyte эквивалентен типу signed char, a GLdouble - типу double. Свои собственные типы используются в целях упрощения переносимости на другие платформы. Список типов OpenGL мы приведем ниже. Четвертый компонент цвета определяет прозрачность цвета, то есть способ смешивания цвета фона с цветом изображения. Некоторые команды OpenGL имеют в конце символ v, который указывает, что ее аргументом должен быть адрес массива (вектора). Вектор в математике - это последовательность чисел (координат), единственным образом задающих элемент векторного пространства. Многие команды имеют несколько версий, позволяя в конечном счете задать вектор разными способами .

Около двадцати Windows GDI-функций создано специально для работы с OpenGL. Большая часть из них имеет префикс wgl (аббревиатура от Windows GL). Эти функции являются аналогами функций с префиксом glx, которые подключают OpenGL к платформе X window System. Наконец, существует несколько Win32-функций для управления форматом пикселов и двойной буферизацией. Они применимы только для специализированных окон OpenGL.