vrpano_mainphp技巧_实践解析 若何用 OpenGL 实现跨平台应用高效衬着

由于各种硬件和软件的实现不同，OpenGL在各平台支持的能力和规范也有差别。

在运用程序调用任何OpenGL函数之前，都须要首先创建一个OpenGL高下文（Context）。
这个OpenGL高下文可以理解为一个非常弘大的状态机，保存了OpenGL中的各种状态，这是OpenGL实行各种指令的根本。
某种程度上，OpenGL函数都是对其高下文这个状态机中工具或状态的操作。
由于OpenGL高下文是一个巨大的状态机，切换高下文的开销每每比较大。
不同的绘制模块又须要不同的状态和工具管理。
因此在运用程序中可以创建多个不同的高下文，在不同线程中利用不同的高下文，高下文之间可以共享缓冲区，纹理等资源。
应该只管即便避免反复切换高下文和修正大量状态，提高处理效率。

虽然OpenGL是跨平台的，但各平台的实现和OpenGL的环境搭建会有所不同。
开拓过程中各平台的OpenGL高下文（Context）的建立和切换都有所不同。
开拓者既可以利用如GLFW、GLUT等开源框架帮助完成OpenGL高下文环境的建立和管理，也可以利用各平台的原生API来完成。
本文紧张先容利用各平台原生API的方法。
下面分平台先容各平台的OpenGL环境建立与高下文创建。

一、 Windows

Windows平台由于微软的Direct3D存在，微软对OpenGL的支持并不积极。
在大多数微软操作系统中所支持OpenGL版本还是1.0和1.1，仅支持固定管线API，对付当代利用OpenGL开拓的程序并不友好。
不过通过OpenGL的ARB扩展机制可以让我们访问到OpenGL的高等特性接口。
Windows OpenGL实现供应了名为wglGetProcAddress的函数，许可我们对指向一个由驱动程序供应的OpenGL函数的指针进行检索。
不过还有一种更为快捷的方法。
通过GLEW（GL Extension Wrangler）库完成这一繁琐的检索过程。
只须要引入头文件glew.h和glew库并在运用程序的开始调用glewInit()，之后OpenGL 1.1以上的扩展和核心特性的所有函数指针都将自动被设置完成。

glewInit的调用须要先创建一个OpenGL高下文环境，在初始化完成后，再删除这个环境。
之后重新创建一个支持WGL_ARB扩展的OpenGL高下文环境。
示例代码如下：

/ 注册窗口类 /WNDCLASSEX wcex;ZeroMemory(&wcex, sizeof(WNDCLASSEX));wcex.cbSize = sizeof(WNDCLASSEX);wcex.hInstance = GetModuleHandle(NULL);wcex.lpfnWndProc = GLEW_WindowProc;wcex.lpszClassName = kszGlewInitClassName;/ 创建窗口以初始化glew /HWND hwnd = CreateWindow(kszGlewInitClassName, L"", (WS_POPUP | WS_DISABLED), CW_USEDEFAULT, CW_USEDEFAULT, 10, 10, NULL, NULL, GetModuleHandle(NULL), NULL);/ 设置像素格式 /HDC hdc = GetDC(hwnd);PIXELFORMATDESCRIPTOR pfd;memset(&pfd, 0, sizeof(PIXELFORMATDESCRIPTOR));pfd.nSize = sizeof(PIXELFORMATDESCRIPTOR);pfd.nVersion = 1;pfd.dwFlags=PFD_DOUBLEBUFFER | PFD_SUPPORT_OPENGL | PFD_DRAW_TO_WINDOW;pfd.iPixelType = PFD_TYPE_RGBA;pfd.cColorBits = 24;pfd.cDepthBits = 32;pfd.cStencilBits = 8;pfd.iLayerType = PFD_MAIN_PLANE;int32_t nPixelFormat = ChoosePixelFormat(hdc, &pfd);BOOL bRet = SetPixelFormat(hdc, nPixelFormat, &pfd);/ 创建OpenGL高下文环境并设置为当前高下文 /HGLRC hglrc = wglCreateContext(hdc);wglMakeCurrent(hdc, hglrc);/ 初始化glew /if (glewInit()) { printf("glewInit failed"); // handle init fail ……}/ 开释当前OpenGL高下文环境 /wglMakeCurrent(NULL, NULL);wglDeleteContext(hglrc);ReleaseDC(hwnd, hdc);DestroyWindow(hwnd);UnregisterClass(kszGlewInitClassName, NULL);/ 开始选择真正的格式并创建相应的OpenGL高下文 // 再次创建窗口 /……/ 设置关心的主要属性 /int32_t pixAttribs[] = { WGL_DRAW_TO_WINDOW_ARB, GL_TRUE, // 绘制在窗口的像素格式 WGL_SUPPORT_OPENGL_ARB, GL_TRUE, // 支持OpenGL渲染 WGL_DOUBLE_BUFFER_ARB, GL_TRUE, // 支持双缓冲 WGL_PIXEL_TYPE_ARB, WGL_TYPE_RGBA_ARB, // 像素格式为RGBA WGL_ACCELERATION_ARB, WGL_FULL_ACCELERATION_ARB, // 支持硬件加速 WGL_COLOR_BITS_ARB, 32, // 颜色缓冲位深32 WGL_ALPHA_BITS_ARB, 8, // alpha通道位深 8 WGL_DEPTH_BITS_ARB, 24, // 深度缓冲位深 24 WGL_STENCIL_BITS_ARB, 8, // 模板缓冲位深 8 WGL_SAMPLE_BUFFERS_ARB, GL_TRUE，// 开启多重采样MSAA WGL_SAMPLES_ARB, 4, // 4倍多重采样MSAA 0}; // 以NULL结束/ 哀求探求与我们属性相匹配的最佳格式，并取回一种/uint32_t pixCount = 0;int32_t nPixelFormat = 0;wglChoosePixelFormatARB(hdc, &pixAttribs[0], NULL, 1, &nPixelFormat, &pixCount);if (nPixelFormat != -1) { / 设置选中的最佳格式 / SetPixelFormat(hdc, nPixelFormat, &pfd);/ 创建相应的OpenGL高下文环境 / int32_t attribs[] = { WGL_CONTEXT_MAJOR_VERSION_ARB, 3, WGL_CONTEXT_MINOR_VERSION_ARB, 3, WGL_CONTEXT_FLAGS_ARB, 0, 0}; HGLRC wglrc = wglCreateContextAttribsARB(hdc, 0, attribs); if (wglrc) { wglMakeCurrent(hdc, wglrc); hglrc_ = wglrc; } else { printf("wglCreateContextAttribsARB failed"); // handle failed ……}} else { printf("ChoosePixelFormat failed"); // handle failed ……}/ 查询并打印OpenGL版本 /const GLubyte GLVersionString = glGetString(GL_VERSION);int32_t OpenGLVersion[2];glGetIntegerv(GL_MAJOR_VERSION, &OpenGLVersion[0]); glGetIntegerv(GL_MINOR_VERSION, &OpenGLVersion[1]); printf("OpenGL version " << OpenGLVersion[0] << "." << OpenGLVersion[1]);

二、 macOS

macOS供应了glut，NSOpenGL，CGL等接口来创建和管理OpenGL环境。
本文以NSOpenGL为例来先容。

NSOpenGLView是一个轻量级的NSView子类封装，方便地供应了OpenGL绘制环境的创建与管理。
在其内部掩护了NSOpenGLPixelFormat和NSOpenGLContext工具，用户可以方便的对其进行访问和管理。

NSOpenGLView的创建很大略，首先通过设定NSOpenGLPixelFormatAttribute属性值创建NSOpenGLPixelFormat工具，再用NSOpenGLPixelFormat创建NSOpenGLView。

static NSOpenGLPixelFormatAttribute kDefaultAttributes[] = { NSOpenGLPFADoubleBuffer, //双缓冲 NSOpenGLPFADepthSize, 24, //深度缓冲位深 NSOpenGLPFAStencilSize, 8, //模板缓冲位深 NSOpenGLPFAMultisample, //多重采样 NSOpenGLPFASampleBuffers, (NSOpenGLPixelFormatAttribute)1, //多重采样buffer NSOpenGLPFASamples, (NSOpenGLPixelFormatAttribute)4, // 多重采样数 NSOpenGLPFAOpenGLProfile, NSOpenGLProfileVersion3_2Core, // OpenGL3.2 0};NSOpenGLPixelFormat pixelFormat = [[NSOpenGLPixelFormat alloc] initWithAttributes: kDefaultAttributes];NSOpenGLView renderView = [[NSOpenGLView alloc] initWithFrame:frameRect pixelFormat:pixelFormat];开拓者可以继续NSOpenGLView实现子类，并通过实现- (void)prepareOpenGL;和- (void)clearGLContext;自定义OpenGL Context初始化和删除时的一些行为。
详细的绘制操作可以在-(void) drawRect: (NSRect) bounds;中实现。
须要把稳的是，为担保Retina屏的显示效果，可以设置NSOpenGLView的属性wantsBestResolutionOpenGLSurface为YES。
- (void)prepareOpenGL { [super prepareOpenGL]; [self ensureGLContext]; // setup OpenGL resources ……}- (void)clearGLContext { [self ensureGLContext]; // cleanup OpenGL resources …… [super clearGLContext];}-(void) drawRect: (NSRect) bounds { [self ensureGLContext]; // draw OpenGL …… [super drawRect:rect];}- (void)ensureGLContext { NSOpenGLContext context = [self openGLContext]; if ([NSOpenGLContext currentContext] != context) { [context makeCurrentContext]; }}

三、 iOS

iOS从2013年9月上线的iOS 7及同期发布的新设备开始支持OpenGL ES 3.0，Apple也是从这个韶光点开始发布了64位设备。
因此目前市情上除了少量早期的iOS设备外，绝大多数iOS设备都已支持OpenGL ES 3.0。

和macOS类似，iOS也供应了封装好的UIView——GLKView，开拓者可以方便地利用此View实现OpenGL ES的绘制。
此外也供应了OpenGL ES的framebuffer工具可以实现离屏渲染，或基于CAEAGLLayer实现CALayer层面的绘制。
本文还是以GLKView为例进行解释。

EAGLContext glContext = [[EAGLContext alloc] initWithAPI: kEAGLRenderingAPIOpenGLES3];if (!glContext) { // OpenGL ES 3 创建失落败, 创建OpenGL ES 2 glContext = [[EAGLContext alloc] initWithAPI:kEAGLRenderingAPIOpenGLES2];}GLKView glkView = [[GLKView alloc] initWithFrame:frameRect context:glContext];// 配置renderbuffersglkView.drawableColorFormat = GLKViewDrawableColorFormatRGBA8888;glkView.drawableDepthFormat = GLKViewDrawableDepthFormat24;glkView.drawableStencilFormat = GLKViewDrawableStencilFormat8;glkView.drawableMultisample = GLKViewDrawableMultisample4X;glkView.delegate = self; 详细的渲染操作通过GLKViewDelegate的方法- (void)glkView:(GLKView )view drawInRect:(CGRect)rect;实现 - (void)glkView:(GLKView)view drawInRect:(CGRect)rect { if ([EAGLContext currentContext] != glContext_) { [EAGLContext setCurrentContext:glContext_]; }// draw OpenGL……}

四、 Android

Android也是从2013年发面的Android 4.3开始支持OpenGL ES 3的，但比较封闭的iOS生态，真正支持OpenGL ES 3的设备并不随意马虎判断。
可以通过创建OpenGL ES 3的高下文是否成功来判断。

Android也有和iOS GLKView类似的封装好的OpenGL View——GLSurfaceView，开拓 者可以直接通过GLSurfaceView的方法来创建和管理OpenGL ES高下文。
也可以基于SurfaceView和EGL的接口创建自己的OpenGL高下文环境和渲染View。
这里先容一种基于EGL native接口的方法(利用EGL的Java接口，调用流程也是一样的)。

EGL是图形渲染API（如OpenGL ES）与本地平台窗口系统之间的一层接口，它担保了OpenGL ES的平台独立性。
供应了创建渲染表面（rendering surface）、图形高下文（graphics context），同步运用程序和平台渲染API，显示设备访问，渲染配置等管理功能。
基于EGL的创建高下文环境紧张有初始化、选择和设置得当的配置、创建表面、创建高下文四个步骤。

EGLBoolean success = EGL_FALSE;EGLint err = 0;

1. EGL初始化

EGLDisplay display = eglGetDisplay(EGL_DEFAULT_DISPLAY);if (EGL_NO_DISPLAY == display_) { printf("eglGetDisplay error "<< eglGetError()); return;}EGLint major=0, minor=0;if (EGL_FALSE == eglInitialize(display, &major, &minor);) { printf("eglInitialize error "<< eglGetError()); return;}

2. 选择和设置得当的配置

const EGLint configAttribs[] = { EGL_RED_SIZE, 8, EGL_GREEN_SIZE, 8, EGL_BLUE_SIZE, 8, EGL_ALPHA_SIZE, 8, EGL_STENCIL_SIZE, 8, EGL_SAMPLE_BUFFERS, 1, EGL_SAMPLES, 4, EGL_RENDERABLE_TYPE, EGL_OPENGL_ES2_BIT, EGL_SURFACE_TYPE, EGL_WINDOW_BIT, // 基于窗口的surface EGL_NONE};EGLConfig config;EGLint numConfigs;if (EGL_FALSE == eglChooseConfig(display_, configAttribs, &config, 1, &numConfigs)) { // handle and select other configs ……}

3. 创建表面

EGLint format;if (!eglGetConfigAttrib(display_, config, EGL_NATIVE_VISUAL_ID, &format)) { printf("eglGetConfigAttrib error "<< eglGetError()); return;}ANativeWindow window; // ANativeWindow可以为SurfaceView中获取的Surface工具ANativeWindow_setBuffersGeometry(window, 0, 0, format);EGLSurface surface = eglCreateWindowSurface(display, config, window, NULL);if (!surface_) { printf("eglCreateWindowSurface error "<< eglGetError()); return;}

4. 创建高下文

EGLint contextAttribs[] = { EGL_CONTEXT_CLIENT_VERSION, 3, EGL_NONE};EGLContext context = eglCreateContext(display, config, EGL_NO_CONTEXT, contextAttribs);if (context == EGL_NO_CONTEXT) {printf("eglCreateContext create OpenGL ES 3 context failed "); EGLint contextAttribs2[] = { EGL_CONTEXT_CLIENT_VERSION, 2, EGL_NONE }; context = eglCreateContext(display_, config, NULL, contextAttribs2); if (context_ == EGL_NO_CONTEXT) { printf("eglCreateContext create OpenGL ES 2 context failed "); return; }}eglMakeCurrent(display, surface, surface, context)) {

至此，本文先容了几大主流平台上OpenGL原生开拓的高下文环境创建与管理。
除了Windows对OpenGL的支持相对较弱，须要依赖第三方库才能便捷的利用。
其它平台都可以相对较快的建立OpenGL高下文环境，乃至有封装好的View帮助开拓者快速接入。
不过OpenGL制订的较早，已经不太适应当代GPU图形技能的发展了，碰着了一些问题：如当代GPU渲染管线发生了变革，不支持多线程操作，不支持异步处理等。

未来新一代的图形API Vulkan可能会取代OpenGL。
Vulkan会大幅降落绘制命令开销，发送多线程性能，渲染性能更快。
谷歌也已经明确Android会支持Vulkan。
微软的DirectX12背后理念与Vulkan也是同等的。
苹果公司则在2014年推出了自行设计的Metal API，目标也是替代OpenGL，以适应当代GPU技能，其指令开销和渲染性能等也得到大幅提升。
2018年苹果已经宣告OpenGL和OpenGL ES干系API从macOS 10.14和iOS 12中废弃，今后不再掩护。
开拓者今后迁移到新的图形API也是大势所趋，不过OpenGL作为主流图形API存在了超过20年，其终极消亡肯定还有很长的路。

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