OpenGL是OpenGraphicsLib的缩写,是一套三维图形处理库,也是该领域的工业标准。
计算机三维图形是指将用数据描述的三维空间通过计算转换成二维图像并显示或打印出来的技术。
OpenGL就是支持这种转换的程序库,它源于SGI公司为其图形工作站开发的IRIS GL,在跨平台移植过程中发展成为OpenGL。SGI在1992年7月发布1.0版,后成为工业标准,由成立于1992年的独立财团OpenGL Architecture Review Board (ARB)控制。SGI等ARB成员以投票方式产生标准,并制成规范文档(Specification)公布,各软硬件厂商据此开发自己系统上的实现。只有通过了ARB规范全部测试的实现才能称为OpenGL。1995年12月ARB批准了1.1版本,最新版规范是1999.5通过的1.2.1。
OpenGL被设计成独立于硬件,独立于窗口系统的,在运行各种操作系统的各种计算机上都可用,并能在网络环境下以客户/服务器模式工作,是专业图形处理、科学计算等高端应用领域的标准图形库。它低端应用上的主要竞争对手是MS-Direct3D,该图形库是以COM接口形式提供的,所以极为较复杂,稳定性差,另外微软公司拥有该库版权,目前只在Windows平台上可用。D3D的优势在速度上,但现在低价显卡都能提供很好的OpenGL硬件加速,所以做3D使用Direct3D已没有特别的必要,在专业图形处理特别是高端应用方面目前还没有出现以Direct3D技术为基础的例子,而游戏等低端应用也有转向OpenGL的趋势。
OpenGL函数库相关的API有核心库(gl)、实用库(glu)、辅助库(aux)、实用工具库(glut)、窗口库(glx、agl、 wgl)和扩展函数库等。
gl是核心,glu是对gl的部分封装。glx、agl、wgl 是针对不同窗口系统的函数。glut是为跨平台的OpenGL程序的工具包,比aux功能强大。扩展函数库是硬件厂商为实现硬件更新利用OpenGL的扩展机制开发的函数。下面逐一对这些库进行详细介绍。
1. OpenGL核心库
核心库包含有115个函数,函数名的前缀为gl。
这部分函数用于常规的、核心的图形处理。此函数由gl.dll来负责解释执行。由于许多函数可以接收不同数以下几类。据类型的参数,因此派生出来的函数原形多达300多个。
核心库中的函数主要可以分为以下几类函数。
绘制基本几何图元的函数。
如绘制图元的函数glBegain()、glEnd()、glNormal*()、glVertex*()。
矩阵操作、几何变换和投影变换的函数。
如矩阵入栈函数glPushMatrix()、矩阵出栈函数glPopMatrix()、装载矩阵函数glLoadMatrix()、矩阵相乘函数glMultMatrix(),当前矩阵函数 glMatrixMode()和矩阵标准化函数glLoadIdentity(),
几何变换函数glTranslate*()、glRotate*()和 glScale*(),
投影变换函数glOrtho()、glFrustum()和视口变换函数glViewport()等等。
颜色、光照和材质的函数。
如设置颜色模式函数glColor*()、glIndex*(),
设置光照效果的函数glLight*() 、glLightModel*()
设置材质效果函数glMaterial()等等。
显示列表函数;
主要有创建、结束、生成、删除和调用显示列表的函数glNewList()、 glEndList()、glGenLists()、glCallList()和glDeleteLists()。
纹理映射函数。
主要有一维纹理函数glTexImage1D()、二维纹理函数glTexImage2D()、 设置纹理参数、纹理环境和纹理坐标的函数glTexParameter*()、glTexEnv*()和glTetCoord*()等。
特殊效果函数。融合函数glBlendFunc()、反走样函数glHint()和雾化效果glFog*()。
光栅化、象素操作函数。
如象素位置glRasterPos*()、线型宽度glLineWidth()、多边形绘制模式glPolygonMode(),读取象素glReadPixel()、复制象素glCopyPixel()等。
选择与反馈函数。
主要有渲染模式glRenderMode()、选择缓冲区glSelectBuffer()和反馈缓冲区glFeedbackBuffer()等。
曲线与曲面的绘制函数。
生成曲线或曲面的函数glMap*()、glMapGrid*(),求值器的函数glEvalCoord*() glEvalMesh*()。
状态设置与查询函数。
主要有glGet*()、glEnable()、glGetError()等。
2. OpenGL实用库The OpenGL Utility Library (GLU)
包含有43个函数,函数名的前缀为glu。
OpenGL提供了强大的但是为数不多的绘图命令,所有较复杂的绘图都必须从点、线、面开始。
Glu 为了减轻繁重的编程工作,封装了OpenGL函数,Glu函数通过调用核心库的函数,为开发者提供相对简单的用法,实现一些较为复杂的操作。
此函数由 glu.dll来负责解释执行。
OpenGL中的核心库和实用库可以在所有的OpenGL平台上运行。
主要包括了以下几种。
辅助纹理贴图函数,有gluScaleImage() 、gluBuild1Dmipmaps()、gluBuild2Dmipmaps()。
坐标转换和投影变换函数,定义投影方式函数gluPerspective()、gluOrtho2D() 、gluLookAt(),拾取投影视景体函数gluPickMatrix(),投影矩阵计算gluProject()和 gluUnProject()等等。
多边形镶嵌工具,有gluNewTess()、 gluDeleteTess()、gluTessCallback()、gluBeginPolygon() gluTessVertex()、gluNextContour()、gluEndPolygon()等等。
二次曲面绘制工具,主要有绘制球面、锥面、柱面、圆环面gluNewQuadric()、gluSphere()、gluCylinder()、gluDisk()、gluPartialDisk()、gluDeleteQuadric()等等。
非均匀有理B样条绘制工具,主要用来定义和绘制Nurbs曲线和曲面,包括gluNewNurbsRenderer()、 gluNurbsCurve()、gluBeginSurface()、gluEndSurface()、gluBeginCurve()、 gluNurbsProperty()等函数。
错误反馈工具,获取出错信息的字符串gluErrorString().
3. OpenGL辅助库
包含有31个函数,函数名前缀为aux。
这部分函数提供窗口管理、输入输出处理以及绘制一些简单三维物体。
此函数由glaux.dll来负责解释执行。
创建aux库是为了学习和编写 OpenGL程序,它更像是一个用于测试创意的预备基础接管。
Aux库在windows实现有很多错误,因此很容易导致频繁的崩溃。
在跨平台的编程实例和演示中,aux很大程度上已经被glut库取代。OpenGL中的辅助库不能在所有的OpenGL平台上运行。
辅助库函数主要包括以下几类。
窗口初始化和退出函数,auxInitDisplayMode()和auxInitPosition()。
窗口处理和时间输入函数,auxReshapeFunc()、auxKeyFunc()和auxMouseFunc()。
颜色索引装入函数,auxSetOneColor()。
三维物体绘制函数。包括了两种形式网状体和实心体,如绘制立方体auxWireCube()和 auxSolidCube()。这里以网状体为例,长方体auxWireBox()、环形圆纹面auxWireTorus()、圆柱 auxWireCylinder()、二十面体auxWireIcosahedron()、八面体auxWireOctahedron()、四面体 auxWireTetrahedron()、十二面体auxWireDodecahedron()、圆锥体auxWireCone()和茶壶 auxWireTeapot()。
背景过程管理函数auxIdleFunc()。
程序运行函数auxMainLoop()。
4. OpenGL工具库 OpenGL Utility Toolkit
包含大约30多个函数,函数名前缀为glut。
glut是不依赖于窗口平台的OpenGL工具包,由Mark KLilgrad在SGI编写(现在在Nvidia),目的是隐藏不同窗口平台API的复杂度。
函数以glut开头,它们作为aux库功能更强的替代品,提供更为复杂的绘制功能。
此函数由glut.dll来负责解释执行。由于glut中的窗口管理函数是不依赖于运行环境的,因此OpenGL中的工具库可以在X-Window, Windows NT, OS/2等系统下运行,特别适合于开发不需要复杂界面的OpenGL示例程序。对于有经验的程序员来说,一般先用glut理顺3D图形代码,然后再集成为完整的应用程序。
这部分函数主要包括
窗口操作函数,窗口初始化、窗口大小、窗口位置等函数glutInit() glutInitDisplayMode() glutInitWindowSize() glutInitWindowPosition()等。
回调函数。响应刷新消息、键盘消息、鼠标消息、定时器函数等,GlutDisplayFunc() glutPostRedisplay() glutReshapeFunc() glutTimerFunc() glutKeyboardFunc() glutMouseFunc()。
创建复杂的三维物体。这些和aux库的函数功能相同。创建网状体和实心体。如glutSolidSphere()、glutWireSphere()等。在此不再叙述。
菜单函数。创建添加菜单的函数GlutCreateMenu()、glutSetMenu()、glutAddMenuEntry()、glutAddSubMenu() 和glutAttachMenu()。
程序运行函数,glutMainLoop()。