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:
Стабильность
Дополнения и изменения в стандарте реализуются таким образом, чтобы сохранить совместимость с разработанным ранее программным обеспечением.
Надежность и пеыреносимость
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 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:
· Аппроксимация кривых и поверхностей
· Обработка вершин и сборка примитивов
· Растеризация и обработка фрагментов
· Операции над пикселами
· 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.
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.
