OpenGL

开放图形库

OpenGL（英语：Open Graphics Library，译名：开放图形库或者“开放式图形库”）是用于渲染2D、3D矢量图形的跨语言、跨平台的应用程序编程接口（API）。这个接口由近350个不同的函数调用组成，用来绘制从简单的图形到比较复杂的三维景象。而另一种程序接口系统是仅用于Microsoft Windows上的Direct3D。OpenGL常用于CAD、虚拟现实、科学可视化程序和电子游戏开发。

简介

OpenGL（英语：Open Graphics Library，译名：开放图形库或者“开放式图形库”）是用于渲染2D、3D矢量图形的跨语言、跨平台的应用程序编程接口（API）。这个接口由近350个不同的函数调用组成，用来从简单的图形比特绘制复杂的三维景象。而另一种程序接口系统是仅用于Microsoft Windows上的Direct3D。OpenGL常用于CAD、虚拟实境、科学可视化程序和电子游戏开发。

OpenGL的高效实现（利用了图形加速硬件）存在于Windows，部分UNIX平台和Mac OS。这些实现一般由显示设备厂商提供，而且非常依赖于该厂商提供的硬件。开放源代码库Mesa是一个纯基于软件的图形API，它的代码兼容于OpenGL。但是，由于许可证的原因，它只声称是一个“非常相似”的API。

OpenGL规范由1992年成立的OpenGL架构评审委员会（ARB）维护。ARB由一些对创建一个统一的、普遍可用的API特别感兴趣的公司组成。根据OpenGL官方网站，2002年6月的ARB投票成员包括3Dlabs、Apple Computer、ATI Technologies、Dell Computer、Evans & Sutherland、Hewlett-Packard、IBM、Intel、Matrox、NVIDIA、SGI和Sun Microsystems，Microsoft曾是创立成员之一，但已于2003年3月退出。

功能

作为独立于操作系统的开放的三维图形的软件开发包，在其基础上开发的应用程序能够简单方便的移植于各种平台。其具有七大功能：

设计

图形管线

OpenGL规范描述了绘制2D和3D图形的抽象API。尽管这些API可以完全通过软件实现，但它是为大部分或者全部使用硬件加速而设计的。

OpenGL的API定义了若干可被客户端程序调用的函数，以及一些具名整型常量（例如，常量GL_TEXTURE_2D对应的十进制整数为3553）。虽然这些函数的定义表面上类似于C编程语言，但它们是语言独立的。因此，OpenGL有许多语言绑定，值得一提的包括：JavaScript绑定的WebGL（基于OpenGL ES 2.0在Web浏览器中的进行3D渲染的API）；C绑定的WGL、GLX和CGL；iOS提供的C绑定；Android提供的Java和C绑定。

OpenGL不仅语言无关，而且平台无关。规范只字未提获得和管理OpenGL上下文相关的内容，而是将这些作为细节交给底层的窗口系统。出于同样的原因，OpenGL纯粹专注于渲染，而不提供输入、音频以及窗口相关的API。

OpenGL是一个不断进化的API。新版OpenGL规范会定期由Khronos Group发布，新版本通过扩展API来支持各种新功能。每个版本的细节由Khronos Group的成员一致决定，包括显卡厂商、操作系统设计人员以及类似Mozilla和谷歌的一般性技术公司。

除了核心API要求的功能之外，GPU供应商可以通过扩展的形式提供额外功能。扩展可能会引入新功能和新常量，并且可能放松或取消现有的OpenGL函数的限制。然后一个扩展就分成两部分发布：包含扩展函数原型的头文件和作为厂商的设备驱动。供应商使用扩展公开自定义的API而无需获得其他供应商或Khronos Group的支持，这大大增加了OpenGL的灵活性。OpenGL Registry负责所有扩展的收集和定义。

每个扩展都与一个简短的标识符关系，该标识符基于开发公司的名称。例如，英伟达（nVidia）的标识符是NV。如果多个供应商同意使用相同的API来实现相同的功能，那么就用EXT标志符。这种情况更进一步，Khronos Group的架构评审委员（Architecture Review Board，ARB）正式批准该扩展，那么这就被称为一个“标准扩展”，标识符使用ARB。第一个ARB扩展是GL_ARB_multitexture。

OpenGL每个新版本中引入的功能，特别是ARB和EXT类型的扩展，通常由数个被广泛实现的扩展功能组合而成。

文档

OpenGL普及的部分原因是其高质量的官方文件。OpenGL架构评审委员会随规范一同发布了一系列包含API变化更新的手册。这些手册因其封面颜色而众所周知。

Dave Shreiner, Graham Sellers, John M. Kessenich and Bill M. Licea-Kane. 2013.OpenGL Programming Guide: The Official Guide to Learning OpenGL, Version 4.3（8th Edition）. Addison-Wesley Professional.ISBN 978-0321773036.

Randi J. Rost, Bill M. Licea-Kane, Dan Ginsburg, John M. Kessenich, Barthold Lichtenbelt, Hugh Malan and Mike Weiblen. 2009.OpenGL Shading Language (3rd Edition). Addison-Wesley Professional.ISBN 978-0321637635

程序库

早期的 OpenGL 版本会一同发布配套的GLU库，提供一些同时代硬件尚不支持的简单功能。GLU 最后一次更新规格要求是在 1998 年，对已弃用的 OpenGL 特性有依赖。

还有几个库也创建在OpenGL之上，提供了OpenGL本身没有的功能：

特别是，OpenGL Performer库——由SGI开发并可以在IRIX、Linux和Microsoft Windows的一些版本上使用，构建于OpenGL，可以创建实时可视化仿真程序。

当开发者需要使用最新的OpenGL扩展时，他们往往需要使用GLEW库或者是GLEE库提供的功能，可以在程序的运行期判断当前硬件是否支持相关的扩展，防止程序崩溃甚至造成硬件损坏。这类库利用动态加载技术（dlsym、GetProcAddress等函数）搜索各种扩展的信息。

上下文与窗口包

OpenGL 上下文（英语：OpenGL context）的创建过程相当复杂，在不同的操作系统上也需要不同的做法。因此很多游戏开发和用户界面库都提供了自动创建 OpenGL 上下文的功能，其中包括SDL、Allegro、SFML、FLTK、Qt等。也有一些库是专门用来创建 OpenGL 窗口的，其中最早的便是GLUT，后被freeglut取代，比较新的也有GLFW可以使用。

支持创建 OpenGL 窗口的还有一些“多媒体库”，同时还支持输入、声音等类似游戏的程序所需要的功能：

窗口包

优势

OpenGL相对于市面上主流的视频处理软件具有如下的优势：

历史

1980年代，开发可以用在各种各样图形硬件上的软件是个真正的挑战。通常，软件开发人员为每种硬件编写自定义的接口和驱动程序。但这非常昂贵并会导致大量工作的重复。

20世纪90年代初，SGI成为工作站3D图形领域的领导者。其IRISGL的API被认为是最先进的科技并成为事实上的行业标准，而基于开放标准的PHIGS则相形见绌。IRIS GL更容易使用，而且还支持即时模式的渲染。相比之下，PHIGS难于使用并且功能老旧。

SGI的竞争对手（包括Sun、惠普和IBM）通过扩展PHIGS标准也能将3D硬件投入市场。这反过来导致SGI市场份额的削弱，因为有越来越多的3D图形硬件供应商进入市场。为攻占市场，SGI决定把IRIS GL API转变为一项开放标准，即OpenGL。

然而，SGI拥有大量的软件客户，对他们来说从IRIS GL迁移到OpenGL将需要巨额投资。此外，IRIS GL的应用程序接口拥有与3D图形不相关的函数。例如，它包括窗口、键盘和鼠标的API，部分原因是由于它是在X Window系统和Sun公司的NeWS系统之前开发的。而且，IRIS GL库由于授权和专利问题并不适合开放。上述种种因素要求SGI继续支持先进和专有的IRIS Inventor和IRIS Performer应用程序接口。

IRIS GL的限制之一是只能访问由底层硬件支持的功能。如果图形硬件不支持一项功能，那么该应用程序将不能使用它。OpenGL通过为硬件不具备的功能提供软件支持克服了此问题，这就允许应用程序在相对较弱的系统中使用先进的图形技术。OpenGL标准化了访问硬件的方式：硬件接口程序的开发（有时也称为设备驱动程序）交由硬件制造商，而窗口功能委托给底层操作系统。让大量不同种类的图形硬件讲同一种语言影响深远，它为软件开发者进行3D软件发展提供了更高层次的平台。

1992年，SGI公司领导了OpenGL架构审查委员会（OpenGL ARB）的创建。该委员会由若干公司组成，负责未来OpenGL规范的维护和扩展。

微软在1995年发布Direct3D，Direct 3D最终成为OpenGL的主要竞争对手。1997年12月17日，微软和SGI发起华氏温标项目，旨在统一OpenGL和Direct3D的接口。1998年，惠普加入。后来，由于SGI的财政限制、微软的战略以及缺乏行业普遍支持，项目1999年遭弃。

2006年7月，OpenGL架构评审委员会投票决定将OpenGL API标准的控制权交给Khronos Group。

绑定

为了加强它的多语言和多平台特性，已经用很多语言开发了OpenGL的各种绑定和移植。最值得注意的是，Java3D库已经可以利用OpenGL（另一个选择可能是DirectX）作为它的硬件加速了。OpenGL官方网页[1]列出了用于Java、Fortran 90、Perl、Pike、Python、Ada和Visual Basic的多个绑定。

高级功能

OpenGL被设计为只有输出的，所以它只提供渲染功能。核心API没有窗口系统、音频、打印、键盘/鼠标或其他输入设备的概念。虽然这一开始看起来像是一种限制，但它允许进行渲染的代码完全独立于他运行的操作系统，允许跨平台开发。然而，有些集成于原生窗口系统的东西需要允许和宿主系统交互。这通过下列附加API实现：

另外，GLUT库能够以可移植的方式提供基本的窗口功能。

版本

OpenGL进化自（而且风格很相似）SGI的早期3D接口IRIS GL。IRIS GL的一个限制是它只能访问底层硬件提供的特性。如果图形硬件不支持例如纹理映射这样的功能，那么应用程序就不能使用它。OpenGL通过在软件上对硬件不支持的特性提供支持的方法克服了这个问题，允许应用程序在相对低配置的系统上使用高级的图形特性。Fahrenheit项目是Microsoft和SGI之间的联合行动，为了统一OpenGL和Direct3D接口的目的。它一开始提出了一些把规则带给交互3D计算机图形API世界的承诺，但因为SGI的财政限制，这个项目后来被放弃了。

2002年微软的DirectX 9提出了全新的Shader绘图功能以及高端着色语言（HLSL），OpenGL霸主地位开始被瓦解。这使得3DLabs了解到必须开发全新的OpenGL 2.0版本，但仅加入支持GLSL的功能。2006年Khronos接手OpenGL，立刻着手发展Longs Peak与Mount Evans。2008年推出OpenGL 3，但评价普遍不高。

2010年3月10日, OpenGL同时推出了3.3和4.0版本，同年7月26日又发布了4.1版本。2011年8月8日发布4.2版本。2013年发布4.3版。

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