opengl游戏编程(OpenGL游戏引擎开发第一章)

在开始这段旅程之前我们先了解一下OpenGL到底是什么一般它被认为是一个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),今天小编就来聊一聊关于opengl游戏编程?接下来我们就一起去研究一下吧!

opengl游戏编程(OpenGL游戏引擎开发第一章)

opengl游戏编程

在开始这段旅程之前我们先了解一下OpenGL到底是什么。一般它被认为是一个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(译注: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。有兴趣的读者可以找到OpenGL3.3(我们将要使用的版本)的规范文档。如果你想深入到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。OpenGL的大多数功能都被库隐藏起来,开发者很少有控制OpenGL如何进行计算的自由。而开发者迫切希望能有更多的灵活性。随着时间推移,规范越来越灵活,开发者对绘图细节有了更多的掌控。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,并鼓励开发者在OpenGL的核心模式(Core-profile)下进行开发,这个分支的规范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。当我们试图使用一个已废弃的函数时,OpenGL会抛出一个错误并终止绘图。现代函数的优势是更高的灵活性和效率,然而也更难于学习。立即渲染模式从OpenGL实际运作中抽象掉了很多细节,因此它在易于学习的同时,也很难让人去把握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。

这也是为什么我们的教程面向OpenGL3.3的核心模式。虽然上手更困难,但这份努力是值得的。

现今,更高版本的OpenGL已经发布(写作时最新版本为4.5),你可能会问:既然OpenGL 4.5 都出来了,为什么我们还要学习OpenGL 3.3?答案很简单,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。新版本只是引入了一些更有效率或更有用的方式去完成同样的功能。因此,所有的概念和技术在现代OpenGL版本里都保持一致。当你的经验足够,你可以轻松使用来自更高版本OpenGL的新特性。

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。

在有些教程里你会看见更现代的特性,它们同样会以这种红色注释方式标明。

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。

使用扩展的代码大多看上去如下:

if(GL_ARB_extension_name) { // 使用硬件支持的全新的现代特性 } else { // 不支持此扩展: 用旧的方式去做 }

使用OpenGL3.3时,我们很少需要使用扩展来完成大多数功能,当需要的时候,本教程将提供适当的指示。

状态机

OpenGL自身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。

当使用OpenGL的时候,我们会遇到一些状态设置函数(State-changing Function),这类函数将会改变上下文。以及状态使用函数(State-using Function),这类函数会根据当前OpenGL的状态执行一些操作。只要你记住OpenGL本质上是个大状态机,就能更容易理解它的大部分特性。

对象

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。比如,我们可以用一个对象来代表绘图窗口的设置,之后我们就可以设置它的大小、支持的颜色位数等等。可以把对象看做一个C风格的结构体(Struct):

struct object_name { float option1; int option2; char[] name; };

在更新前的教程中一直使用的都是OpenGL的基本类型,但由于作者觉得在本教程系列中并没有一个必须使用它们的原因,所有的类型都改为了自带类型。但是请仍然记住,使用OpenGL的类型的好处是保证了在各平台中每一种类型的大小都是统一的。你也可以使用其它的定宽类型(Fixed-width Type)来实现这一点。

当我们使用一个对象时,通常看起来像如下一样(把OpenGL上下文看作一个大的结构体):

// OpenGL的状态 struct OpenGL_Context { ... object* object_Window_Target; ... };

// 创建对象 unsigned int objectId = 0; glGenObject(1, &objectId); // 绑定对象至上下文 glBindObject(GL_WINDOW_TARGET, objectId); // 设置当前绑定到 GL_WINDOW_TARGET 的对象的一些选项 glSetObjectOption(GL_WINDOW_TARGET, GL_OPTION_WINDOW_WIDTH, 800); glSetObjectOption(GL_WINDOW_TARGET, GL_OPTION_WINDOW_HEIGHT, 600); // 将上下文对象设回默认 glBindObject(GL_WINDOW_TARGET, 0);

这一小段代码展现了你以后使用OpenGL时常见的工作流。我们首先创建一个对象,然后用一个id保存它的引用(实际数据被储存在后台)。然后我们将对象绑定至上下文的目标位置(例子中窗口对象目标的位置被定义成GL_WINDOW_TARGET)。接下来我们设置窗口的选项。最后我们将目标位置的对象id设回0,解绑这个对象。设置的选项将被保存在objectId所引用的对象中,一旦我们重新绑定这个对象到GL_WINDOW_TARGET位置,这些选项就会重新生效。

目前提供的示例代码只是OpenGL如何操作的一个大致描述,通过阅读以后的教程你会遇到很多实际的例子。

使用对象的一个好处是在程序中,我们不止可以定义一个对象,并设置它们的选项,每个对象都可以是不同的设置。在我们执行一个使用OpenGL状态的操作的时候,只需要绑定含有需要的设置的对象即可。比如说我们有一些作为3D模型数据(一栋房子或一个人物)的容器对象,在我们想绘制其中任何一个模型的时候,只需绑定一个包含对应模型数据的对象就可以了(当然,我们需要先创建并设置对象的选项)。拥有数个这样的对象允许我们指定多个模型,在想画其中任何一个的时候,直接将对应的对象绑定上去,便不需要再重复设置选项了。

让我们开始吧

你现在已经知道一些OpenGL的相关知识了,OpenGL规范和库,OpenGL幕后大致的运作流程,以及OpenGL使用的一些传统技巧。不要担心你还没有完全消化它们,后面的教程我们会仔细地讲解每一个步骤,你会通过足够的例子来真正掌握OpenGL。下一篇我们将新建一个窗口用来做我们以后的基础。

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