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# OpenGL (Open Graphics Library)
原文 | [OpenGL](http://learnopengl.com/#!Getting-started/OpenGL)
---|---
作者 | JoeyDeVries
翻译 | gjy_1992
校对 | Geequlim
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](http://www.khronos.org/)制定并维护的规范(Specification)。
<img alt="OpenGL Logo" src="http://learnopengl.com/img/getting-started/opengl.jpg" align="right" />
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。
!!! important
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](https://www.opengl.org/registry/doc/glspec33.core.20100311.withchanges.pdf)。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(Core-profile)与立即渲染模式(Immediate mode)
早期的OpenGL使用**立即渲染模式**(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能控制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,推出核心模式,这个模式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而它易于学习的同时也很难去把握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。
!!! attention
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,它们同样会以这种橙色注释方式标明。
## 扩展(Extension)
OpenGL的一大特性就是对扩展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:
```c++
if(GL_ARB_extension_name)
{
// 使用一些新的特性
}
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(State Machine)
OpenGL自身是一个巨大的状态机一系列的变量描述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**状态应用**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(Object)
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”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)
```c++
struct object_name {
GLfloat option1;
GLuint option2;
GLchar[] name;
};
```
!!! important
**基元类型(Primitive Type)**
使用OpenGL时建议使用OpenGL定义的基元类型。比如使用`float`时我们加上前缀`GL`(因此写作`GLfloat`)。`int`、`uint`、`char`、`bool`等等也类似。OpenGL定义的这些GL基元类型的内存布局是与平台无关的而int等基元类型在不同操作系统上可能有不同的内存布局。使用GL基元类型可以保证你的程序在不同的平台上工作一致。
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
```c++
// OpenGL的状态
struct OpenGL_Context
{
...
object* object_Window_Target;
...
};
```
```c++
// 创建对象
GLuint 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。
!!! attention
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。如果你已经做好了开始下一步的准备我们可以在[这里](02 Creating a window.md)开始创建OpenGL上下文以及我们的第一个窗口了。
## 附加资源
- [opengl.org](https://www.opengl.org/)OpenGL官方网站。
- [OpenGL registry](https://www.opengl.org/registry/)包含OpenGL各版本的规范和扩展。