OpenGL的核心与扩展.docx

OpenGL的核心与扩展龚敏敏OpenGL是一个具有工业强度、高性能、可移植的图形库。从游戏到虚拟现实，从手持设备到超级计算机，都可以看到OpenGL的身影。OpenGL是由一个核心和许多不同来源的扩展组成的。它们之间既有联系又有巨大的区别。由于种种原因，很多人把他们混为一谈，甚至不少长期使用OpenGL的用户都对此含混不清。希望本文能起到祈到拨乱反正、明确概念的作用。OpenGL的核心OpenGL的核心最早是由SGI开发，后来成立了独立的OpenGL架构评审委员会，也就是ARB，负责OpenGL核心规范的发布和维护。目前（2009年）核心的最新版本是3.2。一般常说的OpenGL版本，实际上指的就是OpenGL核心的版本。到目前为止，OpenGL核心都保持着向下兼容，低版本核心是高版本的子集。每个新版本OpenGL核心都会增加一些功能。这些新增的功能一般来自扩展或扩展的变体。这个过程称为合并。在核心发展的过程中，有些扩展不加修改，直接合并；而有些扩展则是经过一定修改，或几个扩展进行适当组合后才合并入核心的。在Windows平台上，微软提供了一个OpenGL 1.1的软件实现，所以在Windows上进行的开发都可以认为直接支持OpenGL 1.1。而对于更高版本的OpenGL，就必须和扩展一样通过动态载入来获取新增接口。OpenGL的扩展扩展是什么？OpenGL最强大的力量之一就是它可以很容易的扩展，以支持新的硬件。扩展一般是由硬件厂商开发，独立于核心之外。扩展有自己的规范，为了不影响核心规范的可读性，扩展的规范不整合到核心规范中，而可以从OpenGL Extension Registry（/registry/）得到。为什么要用扩展？使用OpenGL扩展机制，硬件厂商在他们的产品中实现了某个新特性，就可以通过开发新扩展来允许软件开发者访问扩充的功能和技术。扩展使OpenGL应用程序开发者可以使用超过官方OpenGL标准的特性。OpenGL扩展保持了现有的OpenGL API，并支持最新的图形硬件和渲染算法。Direct3D没有扩展机制，硬件的新功能需要等到微软发布新版本DirectX后才可能支持。可扩展的特性也是John Carmack坚持使用OpenGL的原因之一（同样，不可扩展性也是他弃用Direct3D的原因之一）。如何使用扩展？扩展是因显卡而异，所以不能在编程的时候静态链接。一般都采用运行期动态载入的方式获取扩展。后文有专门的一节，讲解如何动态载入扩展。如何阅读扩展规范？要阅读扩展的规范，至少需要仔细看下面几个部分：Name扩展都有一个唯一的名字，这个名字由多个单词构成，单词之间由下划线隔开。名字以一个表示扩展开发者的前缀开始。这个前缀可以避免名字冲突，因为两个独立的组可能实现了同一个扩展。它也帮助鉴别谁提出了该扩展的使用。例如：SGIS_point_parameters是一个由Silicon Graphics提出的扩展。SGIS前缀属于Silicon Graphics。SGI使用SGIS前缀来标示扩展是已经被规范，而且可能不能在所有SGI硬件上都可用。以下是一些常见的前缀： ARB由OpenGL ARB正式批准的扩展 EXT由多个OpenGL厂商支持的扩展 HP IBM INTEL NVNVIDIA MESABrian Paul开发的开放源代码OpenGL软件实现 SGISilicon Graphics SGIXSilicon Graphics（试验性质） SUN WINMicrosoft ATIName Strings名字字符串用于鉴别给定的OpenGL实现是否支持某个扩展。OpenGL 也支持依赖于窗口系统的扩展。标准OpenGL扩展的名字字符串的前缀是GL，X Window系统的前缀是GLX，而Win32系统的是WGL。Overview这段提供了一个简要的描述，扼要地介绍了扩展的功能。如果你想知道一个扩展是做什么用的，这段就是你最需要仔细看的。New Procedures and Functions这段列出了该扩展增加的新过程和函数的函数原型。注意规范中经常省略了前缀。New Tokens这段列出了扩展增加的标示（也叫枚举值），也是省略了前缀的。这些值在程序中应该用#define来定义。常见的错误说法xxx是y.z的扩展正如前文所述，核心和扩展是分开发展的，所以不存在某个扩展属于某个版本的核心的说法。比如，GLSL是在发布OpenGL 1.5核心的时期发布的，但这并不能说GLSL是1.5的扩展，更不能说GLSL是OpenGL 1.5的功能。只有当扩展被合并入核心后，才能说它是OpenGL y.x的功能。（GLSL现在已经合并入OpenGL 2.0核心，所以可以说GLSL是OpenGL 2.0的功能了。） OpenGL的SDK由于OpenGL是跨平台、可扩展的，所以不可能像DirectX一样提供一个官方的SDK版本，OpenGL官方只提供规范。所有的函数生命和功能描述都可以从规范中找到。而且，由于不同硬件对OpenGL的支持不同，所以不能提供一个普遍适用的SDK，只能用动态载入的方式得到各个接口。ARB扩展和核心没区别ARB扩展也是扩展，只是它是由ARB做出的。一块显卡完全有理由支持OpenGL某个版本的核心，但不支持任何ARB扩展。虽然目前大部分ARB扩展的归宿是合并入核心，但在合并之前你也得把它当作一般的扩展来用。当然，也有些ARB扩展因为技术问题或历史问题被排除在了核心之外。所以很显然，两者截然不同。高版本的功能都是扩展这种错误的说法一般源于只使用Windows的用户。由于Windows平台的gl.h只支持OpenGL1.1。在这种情况下，高版本核心也得通过动态载入的方式才能获取接口，所以给人造成了都是扩展的错觉。虽然高版本的核心基本来自于扩展，但本质是不同的。另外在检测方法上，高版本核心和扩展也存在着一些区别。动态载入OpenGL本身不提供动态载入函数的方法，在不同平台上其方法也不同。在Windows平台上，我们可以使用wglGetProcAddress来载入扩展函数。它唯一的参数是要载入的扩展函数的名字，成功载入则返回函数的地址，否则返回NULL。在X Window平台上，一般使用GLX_ARB_get_proc_address扩展提供的glXGetProcAddressARB，它的参数和载入成功时的返回值与wglGetProcAddress相同。由于所有XWindows平台都必须提供GLX_ARB_get_proc_address，所以可以直接使用那个函数。同时，GLX_ARB_get_proc_address已经合并入GLX 1.4核心，所以在支持GLX 1.4的平台上可以使用glXGetProcAddress来代替原先的ARB版本。要注意的是，glXGetProcAddressARB并没有保证当载入失败时返回NULL。所以，你必须通过预先检测的方法来知道一个功能是否可用，而不能单凭检测载入结果是否为NULL来判断。载入核心核心的载入要遵循1. 检测核心版本号2. 载入的步骤。获取核心版本号的代码如下：string const ver(reinterpret_cast(glGetString(GL_VERSION);string:size_type const pos(ver.find(.);int majoy = verpos - 1 - 0;int minor = verpos + 1 - 0;glGetString(GL_VERSION)返回一个表示机器支持的OpenGL版本字符串。比如在我的机器上，它返回1.5.0。所以我们通过ver.find(.)搜索第一个.，它的前一个字符是主版本号，后一个字符是副版本号。得到版本号后，就可以根据版本号来载入小于等于那个版本的函数了。GLX有自己的核心版本号，所以需要独立检测。GLX核心提供了一个简单的函数，可以直接返回版本号数字：int major, minor;glXQueryVersion(glXGetCurrentDisplay(), &major, &minor);现在majoy和minor里就放置了主版本号和副版本号。载入扩展载入GL扩展GL扩展指的是前缀为GL_的扩展。在所有平台上都有GL扩展的支持。它的载入要遵循1. 检测是否支持该扩展2. 载入的步骤。要获取机器支持的GL扩展字符串，可以调用glGetString(GL_EXTENSIONS)。它返回一个字符串，里面包含了所有支持的GL扩展的名字，之间以空格隔开。可以写一段这样的代码来进行分割：vector Split(string const & str)vector ret;for (string:size_type offset = 0; offset != str.length();)string:size_type const pos = str.find( , offset);ret.push_back(str.substr(offset, pos - offset);offset = pos + 1;return ret;经过分割，每一个扩展名称都作为单独的项存放在一个vector中。所以，可以通过对它的查找来知道一个扩展的支持情况。当发现一个扩展被支持时，就可以载入属于那个扩展的函数。载入WGL扩展WGL扩展的检测比较特殊，因为获取WGL扩展字符串不是通过glGetString(GL_EXTENSIONS)，而是通过WGL_ARB_extensions_string扩展提供的wglGetExtensionsStringARB函数或WGL_EXT_extensions_string提供的wglGetExtensionsStringEXT函数来获得。这里就出现一个悖论：我们要通过检测扩展字符串才能知道是否支持一个扩展，而又需要一个扩展才能获得扩展字符串。所以这里我们只能利用wglGetProcAddress保证试图载入一个不存在的函数时返回NULL的特性来强制载入获取扩展字符串的函数：typedef const char* (APIENTRY *wglGetExtensionsStringARBFUNC)(HDC hdc);typedef const char* (APIENTRY *wglGetExtensionsStringEXTFUNC)(void);wglGetExtensionsStringARBFUNC wglGetExtensionsStringARB= (wglGetExtensionsStringARBFUNC)GLLoader_GetGLProcAddress(wglGetExtensionsStringARB);if (wglGetExtensionsStringARB != NULL)/ 用wglGetExtensionsStringARB(wglGetCurrentDC()获得扩展字符串elsewglGetExtensionsStringEXTFUNC wglGetExtensionsStringEXT = (wglGetExtensionsStringEXTFUNC)GLLoader_GetGLProcAddress(wglGetExtensionsStringEXT);if (wglGetExtensionsStringEXT != NULL)/ 用wglGetExtensionsStringEXT()获得扩展字符串返回了扩展字符串后，处理方法和GL扩展一样。载入GLX扩展GLX的扩展字符串是通过glXGetClientString(glXGetCurrentDisplay(), GLX_EXTENSIONS)得到。这个函数是GLX核心提供的，可