计算机图形学中OpenGL和DirectX

引言

了解计算机图形学的人都知道两大编程接口：OpenGL和DirectX。两者之间不断竞争，并推动各自的发展。API大战确实很有趣，请大家一同探索这两大技术的核心实力。

OpenGL是什么

OpenGL（全称Open Graphics Library）作为开放跨平台图形程序接口标准，在支持多编程语言和多操作系统环境方面具有独特优势。它不仅适用于三维图像处理（二维图像同样适用），还提供了一种功能全面且使用便捷的基础级图形库。作为独立于硬件设计的软件接口，在Windows 95、Windows NT、Unix、Linux、MacOS以及OS/2等多种主流操作系统和设备上均可实现移植。因此具备良好的兼容性和广泛的应用潜力。作为支撑现代计算机图形学的基础标准之一，默认情况下不提供几何体素元数据而无法直接描述场景细节；但通过相应的转换工具将CAD等3D建模软件生成的数据格式（如DXF和3DS模型文件）成功转换为OpenGL顶点数据集后即可实现应用需求满足。根据市场调研机构Jon Peddie Research的数据统计预计全球范围内安装基于 OpenGL 3.1 标准的显卡数量将突破一亿台规模；当前AMD、NVIDIA及S3 Graphics等主要显卡厂商均已推出支持OpenGL 3.0的标准驱动程序以满足市场需求

OpenGL-ES是什么

OpenGL ES (Open Graphics Library for Embedded Systems) 是 OpenGL 三维图形 API 的一个子集,专为手机、个人数据 assistant（PDA）、以及游戏主机等嵌入式设备设计。免费提供给所有开发者使用的 OpenGL-ES,是一个跨平台的功能全面且支持二维与三维图形的应用程序接口API,主要用于设计 - 包括控制台、移动电话、手持设备、家电设备和汽车在内的各种嵌入式系统。其基础构建于经过精挑细选的标准 OpenGL 部件上,提供了软件与硬件加速之间的高效交互机制的基础架构,其核心功能即构成了现代手机游戏所依赖的基础图形处理支持。

DirectX是什么

1995至1996年间, 微软实施了一个新的计划方案, 其旨在支持Windows 95上游戏运行, 并特别关注将市场扩展到任天堂及世嘉等主要竞争对手控制的游戏领域. 然而, 微软决定不使用现成的OpenGL技术. 微软通过收购.Rendermorphics,Ltd. 并获得了由其以RealityLab命名的3D图形API. 经过一番整理工作后, 微软发布了名为Direct3D的新图形API. 为此微软启动了与OpenGL的技术竞争（历史上这确实是一场激烈的竞争）。这也正是为何 DirectX 被命名为 Directrix 的原因！

DirectX（Direct eXtension, 简称 DX）是微软公司开发的一款多媒体编程接口. 基于 C++ 语言构建, 并遵循组件对象模型. 广泛应用于 Microsoft Windows、Microsoft Xbox、Microsoft Xbox 360 和 Microsoft Xbox One 等电子游戏开发, 其功能仅限于这些平台的支持.

DirectX通过提升3D图形与音效表现力的同时为设计师提供了统一的应用软件驱动方案；从而使得游戏开发者无需针对不同品牌硬件而编写专用驱动程序；这进一步降低了用户安装与配置硬件时所需的复杂性。从字面上看, 后方的 X象征着无数的意思;由此可见, DirectX的设计初衷是为了满足众多软件对直接服务的需求.

DirectX并非单一的图形API工具,而是微软公司精心研发的一个功能全面的应用程序接口.从功能划分来看,它主要包含四个方面的内容:图形显示模块、音频处理组件、输入控制系统以及网络通信框架.这些组成部分共同构成了一个强大的软件生态系统.现已成为一个通用的应用平台工具,在现代游戏开发中 DirectX 的应用前景较为广阔.

OpenGL和DirectX的工作

两个都是图像应用编程接口（API），它们负责处理二维或三维图形的渲染工作。这两个API充当了上层应用程序与底层图形处理器之间的桥梁角色。当一个上层应用程序需要执行绘图操作时，它会向其相关的API发送指示。每个API将相应的渲染指令传递给相应的显卡驱动单元，并由后者执行绘图操作。每个显卡驱动负责与硬件图形处理器建立联系，并协调其功能以实现高效的图形处理流程。此外，在这个过程中，API不仅接收必要的几何信息，并且还会将OpenGL或Directx API的功能请求转换为硬件理解的形式；同时也会处理纹理和其他相关数据以适应硬件需求

OpenGL和DirectX的区别

在技术方面

Direct由微软公司创建的一种广泛应用于各领域的API软件平台，在图形处理和多媒体集成方面具有显著优势

在硬件通信领域中，DirectX使程序能够方便地识别并判断计算机的硬件性能水平，并进而配置相应的软件参数设置。通过该程序，在支持Windows并且配备有DirectX兼容性 hardware及相应 driver library 的 computer system 上运行后，默认情况下就能够充分利用 high-performance hardware resources.

OpenGL基于独立于硬件的设计模式，在广泛兼容各种平台上运行。相较于DirectX在参数配置方面的能力而言，OpenGL稍显不足。目前开发机构正积极提升对该技术的支持力度

2 在应用领域中**
尽管专业高端图形设计仍然由OpenGL主导，在涵盖如CAD（计算机辅助设计）、内容创作、能源管理以及娱乐产业等多个行业领域时，它依然发挥着不可替代的作用。
而DirectX则特别适用于多媒体技术及娱乐产业中的3D图形计算，在基于Windows平台的游戏开发中占据了主导地位并获得了广泛的市场份额。

参考

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《Unity Shader 入门精要》