Размещено на http://www.allbest.ru/

Библиотека OpenGL и DirectX: история и перспективы

Введение

Актуальность работы: Актуальность работы состоит в следующем. При наличии некоторого опыта работы c этими библиотеками, можно успешно применять уже полученные знания при работе с компьютерным графиком и компьютерными играми.

Цель данной работы: Исследовать возможности OpenGL и DirectX.

Задачи исследования:

Ознакомиться с основными понятиями OpenGL и DirectX;

Сравнить библиотеки OpenGL и DirectX.

Я выбрал эту тему, потому что мне интересно работать с компьютерной графикой

Сумасшедшие темпы развития высоких технологий затронули каждую из сфер нашей жизни. Технологический прогресс настолько огромен и стремителен, совсем недавно он был достоянием фантастических романов, а сегодня стал доступен каждому из нас.

Судить о темпах развития и научных достижениях современности можно по разным вещам, но в роли абсолютного эталона и показателя, в полной своей мере, может выступать индустрия компьютерных игр.

Кажется, ещё совсем недавно компьютерные игры были лишь простой, незатейливой забавой. Они не отличались уникальным сюжетом, и их графическое оформление оставляло желать лучшего. Они были лишь банальной забавой для довольно ограниченного круга людей, ведь компьютеры были мало распространены и не создавались как специальное «игровое средство».

Но сегодняшние дни развеяли все стереотипы прошлых времён, превзойдя все мыслимые ожидания, ведь создание и разработка компьютерных игр стало одной из величайших мировых индустрий.

Многие мировые компании и группы программистов снискали мировую славу в разработке разнообразнейших компьютерных игр. Современная компьютерная игра предоставляет своему пользователю невероятные возможности, которые могут обеспечить не только потрясающую графическую обработку и реализм, но и многие дни, а то и месяцы увлекательнейшего времяпрепровождения. Революционные разработки в области визуализации и реалистичной игровой физики просто шокируют своим реализмом. Всевозможные авто и авиасимуляторы, симуляторы спорта и фантастических космических кораблей показывают практически стопроцентное сходство с реальностью, отличить которую от виртуального пространства становится всё сложнее и сложнее. Чего стоит только легендарнейший авиасимулятор отечественных разработчиков «ИЛ-2: Штурмовик», описывающий воздушные сражения Второй Мировой Войны. Несмотря на то, что игре уже не один год, она до сих пор не имеет себе равных в реализме и физической правдоподобности.

Умопомрачительные по динамизму и драйву шутеры наполнены не только наилучшими и современнейшими графическими движками, но и огромным количеством адреналина. Такие всемирно известные игровые шедевры как линейка игр «Call of Duty» совсем недавно порадовала своих фанатов очередным эпизодом под названием «Call of Duty 4: Modern Warfare». Эта игра собрала в себе не только ультрасовременнейшую графику, но и уникальную систему поведения персонажа со своими, ранее не применявшимися особенностями и нюансами.

Жанр компьютерных стратегий преобразился не чуть не меньше. Основным его достоянием стала глубокая модернизация поведения искусственного интеллекта противника, который настолько близко приблизился к поведению реального человека, что отличить одно от другого, становиться всё сложнее и сложнее.

Игра как смысл жизни миллионов, конечно же, большинство из них играет от случая к случаю, но вот 10-15 миллионов игроков относятся к компьютерным играм как к главному делу своей жизни. Постоянно увеличивается и число тех, кто играет в онлайновые игры - их уже около 140 миллионов, причем 15-25 миллионов считаются постоянными геймерами. В Интернете уже существует более 30 многопользовательских онлайновых ролевых игр (MMORPG) - огромных виртуальных государств с собственной денежной системой, политикой и историей. По некоторым данным, в подобных проектах принимают участие около 20 миллионов игроков со всего мира, причем в ближайшие четыре года «параллельные миры» переживут демографический взрыв - согласно прогнозам, число их жителей вырастет до 114 миллионов.

1.История развития OpenGL и DirectX

1.1 OpenGL

программный библиотека игра

Стандарт OpenGL (Open Graphics Library - открытая графическая библиотека) был создан и утвержден в 1992 году ведущими фирмами в области разработки программного обеспечения как эффективный аппаратно-независимый интерфейс, пригодный для реализации на различных платформах. Основой стандарта стала библиотека IRIS GL, изначально разработанная фирмой Silicon Graphics Inc (SGI).

Библиотека не может быть разработана раз и навсегда - она должна развиваться, отражая последние тенденции в области компьютерной графики, особенно эволюцию специализированных устройств (видеокарт) с аппаратной поддержкой графических функций.

Развитие стандарта OpenGL осуществляется специальной бюрократической структурой, известной как Architectural Review Board (ARB) - Комитет по пересмотру архитектуры. Комитет состоит из представителей основных компаний, заинтересованных в развитии и использовании библиотеки. В их числе 3D Labs, SGI, Apple, NVIDIA, ATI, Intel, id Software и, конечно, Microsoft. Кстати, Microsoft поставляет реализацию OpenGL вместе со своими операционными системами. Она соответствует одной из ранних версий OpenGL и не использует возможности аппаратного ускорения. Этот недостаток восполняют драйверы видеокарт, которые предоставляют быстрые реализации OpenGL.

C начала 90-х годов прошлого века OpenGL используется в различных областях индустрии и науки. Архитектура библиотеки получилась настолько удачной, что уже на протяжении более десяти лет она остается стабильной и предсказуемой. OpenGL де-факто является стандартом в области программирования графики. Но в этом скрыт и ее недостаток. ARB работает довольно медленно - любое изменение стандарта требует множества согласований, документов и так далее. В силу этого OpenGL развивается очень вяло. Правда, до последнего времени с этим не было проблем, поскольку изначально библиотека предназначалась для быстрых рабочих станций профессионального уровня, которые обновляют не так уж часто. Однако сейчас даже дешевые видеокарты за $100 превзошли уровень профессиональных монстров пятилетней давности стоимостью в тысячи долларов. И при этом обновление их возможностей происходит в среднем раз в год. Фактически OpenGL не поспевает за индустрией, поэтому игровые разработчики вынуждены использовать так называемый механизм расширений (extensions), чтобы получить доступ к новейшим функциям видеокарт.

На данный момент OpenGL прошла путь от версии 1.0 до версии 1.4 (и это за десять лет!). Версия 2.0, обещающая революционные изменения, находится в процессе стандартизации.

1.2 DirectX

К моменту выхода Windows 95 большинство игр по-прежнему делалось под MS-DOS. Многочисленные уровни абстракции (введенные в целях совместимости и универсальности) делали доступ к звуковому и видеооборудованию весьма медленным и неприменимым для игровых приложений. Поэтому было решено разработать библиотеку, предоставляющую возможность прямого доступа к аппаратуре. Это позволило бы играм работать на приемлемой скорости (и увеличило бы продажи Windows 95).

Вместо создания собственного API Microsoft использовала разработку небольшой компании RenderMorphic. Говорят, что изначально API был выполнен авторами в рамках студенческого задания и в конечном итоге провалился на экзамене. Тем не менее Microsoft интегрировала эту библиотеку в свой Game SDK. Корпорация подавала это как идеальное решение для программирования игр.

Однако то, что позже стало называться DirectX 1.0., не приобрело широкой популярности. Библиотека оказалась медленной, с большим количеством ошибок, с неудобной архитектурой и, кроме того, чрезмерно сложной.

Разумеется, Microsoft не собиралась сдаваться и продолжила развитие библиотеки с учетом пожеланий разработчиков игр. Первой более или менее жизнеспособной версией была DirectX 3.0. Позже последовали версии 5, 6 и 7 (четвертой не было). Седьмая версия была воспринята разработчиками с интересом: она хорошо работала, ее интерфейсы были достаточно удобны в использовании. Восьмая версия не заставила себя ждать и принесла интересные нововведения - вершинные и пиксельные шейдеры (специальные, обычно короткие программы, предназначенные для выполнения на графическом процессоре; используются для расчета освещения, создания тех или иных спецэффектов и так далее). Недавно вышедший DirectX 9 также развивает эти перспективные направления.

Длительное время DirectX рассматривался как неудачная альтернатива OpenGL. Однако последние улучшения в API сделали эту библиотеку весьма мощной и стабильной. Поскольку она разрабатывается авторами ОС, можно быть уверенным, что скорость ее работы с графикой оптимальна. Многие считают, что именно DirectX, а не OpenGL, становится стандартом для программирования графики. Microsoft постоянно работает в тесном контакте с разработчиками "железа", обеспечивая поддержку новых возможностей аппаратуры. Более того, DirectX иногда предлагает различные возможности раньше, чем на рынке появляются видеокарты с их аппаратной реализацией.

Мы рассматриваем только графическую часть DirectX, но кроме графики DirectX также предлагает интерфейсы для работы со звуком, источникам ввода, мультимедиа и так далее. У OpenGL таких функций нет - это чисто графическая библиотека.

Глава II. Что такое - DirectX и OpenGL?

DirectX - это набор API (Application Programming Interface, Интерфейс программирования приложений), разработанный специально для простого решения задач, связанных с разработкой игровых систем и видеопрограммирования. Наиболее широко распространяется использование DirectX в разработке игр. Для начинающих пользователей ПК проще сказать, что DirectX значительно облегчает труд разработчков игр, так как им больше не приходится создавать стандартные процессы обработки видео и звука, они складывают их из уже заготовленных функций этой утилиты.

DirectX разделяется на ряд программных объектов, среди которых выделим DirectX Graphics - набор интерфейсов для обработки и последующего графики, DirectInput - интерфейс, используемый для обработки данных, поступающих с клавиатуры, мыши, джойстика и пр. игровых контроллеров, DirectPlay - интерфейс сетевой коммуникации игр, DirectSound и DirectMusic - интерфейсы для работы со звуком, DirectSetup - часть, ответственная за установку DirectX, Direct Media Objects - реализует функциональную поддержку потоковых объектов.

OpenGL является одним из самых популярных прикладных программных интерфейсов (API - Application Programming Interface) для разработки приложений в области двумерной и трехмерной графики.

Стандарт OpenGL (Open Graphics Library - открытая графическая библиотека) был разработан и утвержден в 1992 году ведущими фирмами в области разработки программного обеспечения как эффективный аппаратно-независимый интерфейс, пригодный для реализации на различных платформах. Основой стандарта стала библиотека IRIS GL, разработанная фирмой Silicon Graphics Inc.

Библиотека насчитывает около 120 различных команд, которые программист использует для задания объектов и операций, необходимых для написания интерактивных графических приложений.

На сегодняшний день графическая система OpenGL поддерживается большинством производителей аппаратных и программных платформ. Эта система доступна тем, кто работает в среде Windows, пользователям компьютеров Apple. Свободно распространяемые коды системы Mesa (пакет API на базе OpenGL) можно компилировать в большинстве операционных систем, в том числе в Linux.

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 переносимость. 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.

Наличие хорошего базового пакета для работы с трехмерными приложениями упрощает понимание студентами ключевых тем курса компьютерной графики - моделирование трехмерных объектов, закрашивание, текстурирование, анимацию и т.д. Широкие функциональные возможности OpenGL служат хорошим фундаментом для изложения теоретических и практических аспектов предмета.

2.Архитектура

Ключевая особенность OpenGL - простота. Ядро OpenGL контролирует процесс обработки примитивов (то есть треугольников). Для передачи данных используется процедурная модель, фактически - вызовы функций. В каждый момент времени состояние OpenGL определяется через набор переменных, задающих параметры обработки (например, накладывать текстуру или не накладывать). Каждый новый переданный треугольник проходит обработку в соответствии с текущим состоянием. Такой механизм весьма эффективен, а код обычно короток и прост. Хотя ядро OpenGL процедурное, в использовании OpenGL совместно с объектно-ориентированными технологиями сложностей обычно не возникает: все зависит от выбора программиста.

Структура DirectX очень сильно отличается от OpenGL. DirectX основан на модели COM (Component Object Model). В отличие от простого вызова функций эта модель предполагает выполнение некоторых дополнительных действий, связанных с компонентной архитектурой DirectX. Такая архитектура имеет как достоинства, так и недостатки. В частности, код, в котором используются вызовы DirectX, обычно не является идеалом легко читаемого и понимаемого. Поэтому даже рисование простого треугольника требует огромного объема кода. Разработчики Microsoft, конечно, понимают это, поэтому для упрощения программирования ими создана отдельная библиотека DirectX Common Files, которая скрывает часто используемый код. Хотя принципиально архитектура DirectX сильно отличается от OpenGL, в их развитии все более заметны тенденции к сближению. Такая ситуация возникает прежде всего потому, что обе библиотеки предназначены для эффективной работы с аппаратурой, и чем ближе их структура будет к "железу", тем меньше времени будет уходить на преобразование команд пользователя в команды аппаратуры.

3.Производительность

Вопрос производительности настолько же важен, насколько запутан и неясен. Дебаты на тему "Что быстрее - OpenGL или DirectX?" не утихают. При этом, как ни парадоксально, cкорость обоих библиотек одинакова.

Иначе и быть не может, потому что сейчас большинство функций реализованы напрямую через аппаратные ускорители. Естественно, производительность может различаться в зависимости от степени оптимизации программного кода и используемой для тестирования аппаратной платформы. Оптимизация аппаратных драйверов тоже может внести свой вклад в преимущество той или иной библиотеки. Такие вещи достаточно тяжело предвидеть, поэтому хорошие игровые "движки" часто имеют две версии: под OpenGL и под DirectX. Это не очень-то хорошо как для производителя, так и для пользователя (возрастает стоимость разработки игр, появляются ошибки и т.п.), но таковы реалии современного рынка видеоигр.

Пример: считается, что драйверы от фирмы ATI для серии видеокарт ATI Radeon хорошо оптимизированы под DirectX и значительно слабее поддерживают OpenGL. Однако специально написанные тесты не выявили значительной разницы в скорости работы программ. Кроме того, на недавней Конференции разработчиков игр (КРИ, www.kriconf.ru) автору довелось побеседовать на эту тему с представителем ATI. Точка зрения последнего такова: если драйверы OpenGL у ATI и хуже, чем у NVIDIA, то это лишь вопрос времени - ATI обязательно будет поддерживать OpenGL в полном объеме.

4.Сравнение библиотек OpenGL и DirectX

В чем же, если не в производительности, различие между библиотеками? Прежде всего - в удобстве интерфейса, функциях, гибкости, перспективах развития и области применения.

Начнем с функций. Неоднократно приходилось слышать заявления типа: "DirectX 9 поддерживает пиксельные шейдеры, а OpenGL не поддерживает, поэтому все игры должны быть написаны под DirectX!" Такое мнение неверно только отчасти. Действительно, если посмотреть на стандарт OpenGL последней версии (1.4), в нем ни слова о шейдерах.

Много лет назад OpenGL разрабатывалась как библиотека, которая оставалась бы актуальной в далеком будущем. К сожалению, это будущее пришло и благополучно ушло в прошлое. При этом ARB остается весьма неповоротливым, и надеяться на оперативное включение новых опций не позволяет. Для решения этой проблемы в OpenGL существует механизм расширений, с помощью которого можно использовать различные функции, не входящие в базовую спецификацию, а поддерживаемые только реализацией OpenGL для конкретной видеокарты.

Этот процесс выглядит следующим образом: как только производитель выпускает видеокарту с поддержкой определенной полезной функции, он включает ее в свою реализацию OpenGL (которая обычно входит в поставку драйвера). Для программиста эта возможность становится доступной, если он специальным образом запросит данное расширение. Конечно, такой путь не универсален: на другой видеокарте сделать это не получится из-за различий в интерфейсе. Поэтому существуют расширения, одобренные ARB, - при их использовании можно надеяться, что они будут работать на видеокартах различных производителей. Такие расширения являются кандидатами на включение в последующие версии OpenGL.

Данный механизм выглядит (и на самом деле является) неудобным. В DirectX все проще: функциональность либо поддерживается данной версией библиотеки, либо не поддерживается. Если нет - придется надеяться и ждать следующей версии. Однако случаи, когда аппаратные функции не используются из-за того, что не были включены в версию DirectX, довольно редки - как уже говорилось, Microsoft тесно работает с производителями игрового (и не только) "железа". С другой стороны, ждать версий DirectX приходится около года, а в это время новые функции уже доступны через расширения OpenGL.

Таким образом, по поддержке аппаратных функций OpenGL и DirectX , в общем, эквиваленты. OpenGL новые функции доступны через механизм расширений, а в DirectX они появляются только в новых версиях.

DirectX очень удобен для любителей объектно-ориентированного программирования и COM в частности. COM в DirectX используется для внесения изменений в библиотеку (в новых версиях) без изменения существующего кода. В OpenGL такого нет, но это вряд ли можно назвать серьезным недостатком.

Объем кода, необходимого для написания простой программы на DirectX, весьма велик (варьируется от 200 до 800 строк). Microsoft активно пытается уменьшить этот показатель, но он, тем не менее, достаточно велик. В OpenGL все существенно проще - для решения такой же задачи необходимо менее 50 строк кода.

Серьезным достоинством OpenGL является прежде всего то, что это "открытый стандарт". Любая компания, имеющая аппаратную платформу, может купить лицензию у SGI и затем сделать собственную реализацию OpenGL. Изменения в OpenGL предлагаются, обсуждаются и утверждаются представителями различных компаний. Что касается DirectX, то здесь ситуация прямо противоположная. Только Microsoft может вносить какие-либо изменения в библиотеку. Иначе говоря, именно Microsoft в конечном итоге определяет все пути развития библиотеки, и если путь был выбран неверно, это может быть исправлено только в новой версии.

Итак, достоинства библиотек становятся наиболее очевидны при их использовании в разных (но в то же время пересекающихся) прикладных областях. DirectX идеален для профессиональной разработки игр и мультимедийных приложений на платформе Windows. OpenGL используется на высокопроизводительных рабочих станциях, в научной сфере, в образовании, а также в любых проектах, где требуется переносимость приложений на различные программные или аппаратные платформы. Кроме того, OpenGL применяется и для написания игровых "движков", правда, в последнее время на этом поприще его теснит DirectX.

Заключение

Достоинства библиотек становятся наиболее очевидны при их использовании в разных, но пересекающихся, прикладных областях. DirectX идеален для профессиональной разработки игр и мультимедийных приложений на платформе Windows. OpenGL используется на высокопроизводительных рабочих станциях, в научной сфере, в образовании, а также в любых проектах, где требуется переносимость приложений на различные программные или аппаратные платформы.

В ходе работы над рефератом был обработан и проанализирован большой объем специальной информации, что позволило приобрести ценные знания в области графических библиотек и сред разработки графических интерфейсов.

Литература

1.http://www.monitoring.ru

2."Информатика и ИКТ. 9 класс, Н.Д. Угринович, Москва, 2010 г.

3.www.informic.narod.ru

4.www.infoschool.narod.ru

5.www.klyaksa.ru

6.www.problems.ru

7.www.it-n.ru

8.www.allbest.ru

9.www.alleng.ru

10.www.orakul.spb.ru

11.www.markbook.chat.ru

12.wikipedia.org

13.http://wmm5.narod.ru/

14.http://shkolazhizni.ru/archive/0/n-26678/

Размещено на Allbest.ru