OpenGL（英語：Open Graphics Library，譯名：開放圖形庫或者“開放式圖形庫”）是用於渲染2D、3D矢量圖形的跨語言、跨平台的應用程式編程接口（API）。這個接口由近350個不同的函式調用組成，用來繪製從簡單的圖形到比較複雜的三維景象。而另一種程式接口系統是僅用於Microsoft Windows上的Direct3D。OpenGL常用於CAD、虛擬現實、科學可視化程式和電子遊戲開發。
OpenGL的高效實現（利用了圖形加速硬體）存在於Windows，部分UNIX平台和Mac OS。這些實現一般由顯示設備廠商提供，而且非常依賴於該廠商提供的硬體。開放原始碼庫Mesa是一個純基於軟體的圖形API，它的代碼兼容於OpenGL。但是，由於許可證的原因，它只聲稱是一個“非常相似”的API。
當今，OpenGL是視頻行業領域中用於處理2D/3D圖形的最為廣泛接納的API，在此基礎上，為了用於計算機視覺技術的研究，從而催生了各種計算機平台上的套用功能以及設備上的許多應用程式。其是獨立於視窗作業系統以及作業系統平台，可以進行多種不同領域的開發和內容創作，簡而言之，其幫助研發人員能夠實現PC、工作站、超級計算機以及各種工控機等硬體設備上實現高性能、對於視覺要求極高的高視覺圖形處理軟體的開發。
基本介紹
- 中文名：開放圖形庫（英文Open Graphics Library的縮寫）
- 外文名：Open Graphics Library
- 平台：Windows、類Unix、Linux、MacOS
- 是否開源：是
- 最近更新日期：2018-07-30
- 軟體類別：開放庫檔案
- 介紹：三維圖形處理庫，屬於工業標準
簡介,功能,設計,文檔,程式庫,優勢,歷史,綁定,高級功能,版本,參見,
簡介
OpenGL（英語：Open Graphics Library，譯名：開放圖形庫或者“開放式圖形庫”）是用於渲染2D、3D矢量圖形的跨語言、跨平台的應用程式編程接口（API）。這個接口由近350個不同的函式調用組成，用來從簡單的圖形比特繪製複雜的三維景象。而另一種程式接口系統是僅用於Microsoft Windows上的Direct3D。OpenGL常用於CAD、虛擬實境、科學可視化程式和電子遊戲開發。
OpenGL的高效實現（利用了圖形加速硬體）存在於Windows，部分UNIX平台和Mac OS。這些實現一般由顯示設備廠商提供，而且非常依賴於該廠商提供的硬體。開放原始碼庫Mesa是一個純基於軟體的圖形API，它的代碼兼容於OpenGL。但是，由於許可證的原因，它只聲稱是一個“非常相似”的API。
OpenGL規範由1992年成立的OpenGL架構評審委員會（ARB）維護。ARB由一些對創建一個統一的、普遍可用的API特別感興趣的公司組成。根據OpenGL官方網站，2002年6月的ARB投票成員包括3Dlabs、Apple Computer、ATI Technologies、Dell Computer、Evans & Sutherland、Hewlett-Packard、IBM、Intel、Matrox、NVIDIA、SGI和Sun Microsystems，Microsoft曾是創立成員之一，但已於2003年3月退出。
功能
- 建立3D模型：OpenGL除了能夠處理一般的2D圖形，即點、線、面的繪製外，主要任務是集合了3D立體的物體繪製函式。
- 圖形變換：OpenGL利用基本變換以及投影變換處理圖形。所謂的基本變換就是在處理2D平面圖形時的平移、旋轉、變比、鏡像變換。投影變換就是在處理3D立體圖形時的平行投影以及透視投影。通過變換方式，可以將2D的平面圖形清晰明了的變換成3D的立體圖形，從而在減少計算的時間的同時就能夠提高了圖形顯示的速度。
- 顏色模式：OpenGL庫中的顏色模型：使用較為廣泛的RGBA模式以及顏色索引模式（color index）。
- 光照、材質的設定：OpenGL庫中包含了多種光照的類型。材質是用光反射率來表示的。其原理是基於人眼的原理，場景中的物體是由光的紅綠藍的分量以及材質的紅綠藍的反射率的乘積後所形成的顏色值。
- 紋理映射：紋理指的是物體表面的花紋。OpenGL庫中集合了對於物體紋理的映射處理方式，能夠十分完整的復現物體表面的真實紋理。
- 圖像增強功能和點陣圖顯示的擴展功能：OpenGL的功能包括像素的讀寫、複製外，以及一些特殊的圖像處理功能：比如，融合、反走樣、霧的等等特殊的處理方式。對於圖像的重現和處理，可以使得效果更有真實感，逼真。
- 雙快取功能：OpenGL創新性的運用了雙快取形式。計算場景、生成畫面圖像、顯示畫面圖像分別將其由前台快取和後台快取分開處理，大大提高了計算機的運算能力以及畫面的顯示速度。
設計
圖形管線
OpenGL的API定義了若干可被客戶端程式調用的函式，以及一些具名整型常量（例如，常量GL_TEXTURE_2D對應的十進制整數為3553）。雖然這些函式的定義表面上類似於C程式語言，但它們是語言獨立的。因此，OpenGL有許多語言綁定，值得一提的包括：JavaScript綁定的WebGL（基於OpenGL ES 2.0在Web瀏覽器中的進行3D渲染的API）；C綁定的WGL、GLX和CGL；iOS提供的C綁定；Android提供的Java和C綁定。
OpenGL不僅語言無關，而且平台無關。規範隻字未提獲得和管理OpenGL上下文相關的內容，而是將這些作為細節交給底層的視窗系統。出於同樣的原因，OpenGL純粹專注於渲染，而不提供輸入、音頻以及視窗相關的API。
OpenGL是一個不斷進化的API。新版OpenGL規範會定期由Khronos Group發布，新版本通過擴展API來支持各種新功能。每個版本的細節由Khronos Group的成員一致決定，包括顯示卡廠商、作業系統設計人員以及類似Mozilla和谷歌的一般性技術公司。
每個擴展都與一個簡短的標識符關係，該標識符基於開發公司的名稱。例如，英偉達（nVidia）的標識符是NV。如果多個供應商同意使用相同的API來實現相同的功能，那么就用EXT標誌符。這種情況更進一步，Khronos Group的架構評審委員（Architecture Review Board，ARB）正式批准該擴展，那么這就被稱為一個“標準擴展”，標識符使用ARB。第一個ARB擴展是GL_ARB_multitexture。
OpenGL每個新版本中引入的功能，特別是ARB和EXT類型的擴展，通常由數個被廣泛實現的擴展功能組合而成。
文檔
OpenGL普及的部分原因是其高質量的官方檔案。OpenGL架構評審委員會隨規範一同發布了一系列包含API變化更新的手冊。這些手冊因其封面顏色而眾所周知。
- 紅寶書
Dave Shreiner, Graham Sellers, John M. Kessenich and Bill M. Licea-Kane. 2013.OpenGL Programming Guide: The Official Guide to Learning OpenGL, Version 4.3（8th Edition）. Addison-Wesley Professional.ISBN 978-0321773036.
- 橙寶書
Randi J. Rost, Bill M. Licea-Kane, Dan Ginsburg, John M. Kessenich, Barthold Lichtenbelt, Hugh Malan and Mike Weiblen. 2009.OpenGL Shading Language (3rd Edition). Addison-Wesley Professional.ISBN 978-0321637635
程式庫
早期的 OpenGL 版本會一同發布配套的GLU庫，提供一些同時代硬體尚不支持的簡單功能。GLU 最後一次更新規格要求是在 1998 年，對已棄用的 OpenGL 特性有依賴。
還有幾個庫也創建在OpenGL之上，提供了OpenGL本身沒有的功能：
- GLFW
當開發者需要使用最新的OpenGL擴展時，他們往往需要使用GLEW庫或者是GLEE庫提供的功能，可以在程式的運行期判斷當前硬體是否支持相關的擴展，防止程式崩潰甚至造成硬體損壞。這類庫利用動態載入技術（dlsym、GetProcAddress等函式）搜尋各種擴展的信息。
上下文與視窗包
- 以下包可以用來創建並管理 OpenGL 視窗，也可以管理輸入，但幾乎沒有除此以外的其它功能：
- GLFW——跨平台視窗和鍵盤、滑鼠、手柄處理；偏向遊戲
- freeglut——跨平台視窗和鍵盤、滑鼠處理；API 是 GLUT API 的超集，同時也比 GLUT 更新、更穩定
- GLUT——早期的視窗處理庫，已不再維護
支持創建 OpenGL 視窗的還有一些“多媒體庫”，同時還支持輸入、聲音等類似遊戲的程式所需要的功能：
- Allegro 5——跨平台多媒體庫，提供針對遊戲開發的 C API
- SDL——跨平台多媒體庫，提供 C API
- SFML——跨平台多媒體庫，提供 C++ API；同時也提供 C#、Java、Haskell、Go 等語言的綁定
視窗包
- FLTK——小型的跨平台 C++ 視窗組件庫
- Qt——跨平台 C++ 視窗組件庫，提供了許多 OpenGL 輔助對象，抽象掉了桌面版 OpenGL 與 OpenGL ES 之間的區別
- wxWidgets——跨平台 C++ 視窗組件庫
優勢
OpenGL相對於市面上主流的視頻處理軟體具有如下的優勢：
- 具有強大的通用性和可移植性，可以將其輕鬆的移植在多個不同的平台上進行二次開發。因為OpenGL本身是一個與硬體無關的軟體接口，所以，通用於市面上較為流行的平台：比如，Windows、Unix、Linux、MacOS等。
- 能夠轉換3D圖形設計軟體製作的模型檔案。OpenGL僅僅作為一個圖形的底層圖形庫，並沒有提供直接描述某個場景地幾何實體的圓元。但是，為了其轉換的方便性，其內部集合了許多轉換函式，可以快速方便的將3DS/3DSMAX、AutoCAD等3D繪製的圖形設計製作出的DXF以及3DS模型的檔案轉換成數組的形式，從而將圖像轉換成數據進行編程處理。
- 配備了高級圖形庫：Open Inventor、Cosmo3D、Optimizer等。這些軟體庫針對於創建、編輯以及處理分析三維的立體場景提供了高級的應用程式單元；提高不同類型的圖形格式的交換數據的能力。
歷史
然而，SGI擁有大量的軟體客戶，對他們來說從IRIS GL遷移到OpenGL將需要巨額投資。此外，IRIS GL的應用程式接口擁有與3D圖形不相關的函式。例如，它包括視窗、鍵盤和滑鼠的API，部分原因是由於它是在X Window系統和Sun公司的NeWS系統之前開發的。而且，IRIS GL庫由於授權和專利問題並不適合開放。上述種種因素要求SGI繼續支持先進和專有的IRIS Inventor和IRIS Performer應用程式接口。
IRIS GL的限制之一是只能訪問由底層硬體支持的功能。如果圖形硬體不支持一項功能，那么該應用程式將不能使用它。OpenGL通過為硬體不具備的功能提供軟體支持克服了此問題，這就允許應用程式在相對較弱的系統中使用先進的圖形技術。OpenGL標準化了訪問硬體的方式：硬體接口程式的開發（有時也稱為設備驅動程式）交由硬體製造商，而視窗功能委託給底層作業系統。讓大量不同種類的圖形硬體講同一種語言影響深遠，它為軟體開發者進行3D軟體發展提供了更高層次的平台。
1992年，SGI公司領導了OpenGL架構審查委員會（OpenGL ARB）的創建。該委員會由若干公司組成，負責未來OpenGL規範的維護和擴展。
微軟在1995年發布Direct3D，Direct 3D最終成為OpenGL的主要競爭對手。1997年12月17日，微軟和SGI發起華氏溫標項目，旨在統一OpenGL和Direct3D的接口。1998年，惠普加入。後來，由於SGI的財政限制、微軟的戰略以及缺乏行業普遍支持，項目1999年遭棄。
綁定
為了加強它的多語言和多平台特性，已經用很多語言開發了OpenGL的各種綁定和移植。最值得注意的是，Java3D庫已經可以利用OpenGL（另一個選擇可能是DirectX）作為它的硬體加速了。OpenGL官方網頁[1]列出了用於Java、Fortran 90、Perl、Pike、Python、Ada和Visual Basic的多個綁定。
高級功能
OpenGL被設計為只有輸出的，所以它只提供渲染功能。核心API沒有視窗系統、音頻、列印、鍵盤/滑鼠或其他輸入設備的概念。雖然這一開始看起來像是一種限制，但它允許進行渲染的代碼完全獨立於他運行的作業系統，允許跨平台開發。然而，有些集成於原生視窗系統的東西需要允許和宿主系統互動。這通過下列附加API實現：
另外，GLUT庫能夠以可移植的方式提供基本的視窗功能。
版本
OpenGL進化自（而且風格很相似）SGI的早期3D接口IRIS GL。IRIS GL的一個限制是它只能訪問底層硬體提供的特性。如果圖形硬體不支持例如紋理映射這樣的功能，那么應用程式就不能使用它。OpenGL通過在軟體上對硬體不支持的特性提供支持的方法克服了這個問題，允許應用程式在相對低配置的系統上使用高級的圖形特性。Fahrenheit項目是Microsoft和SGI之間的聯合行動，為了統一OpenGL和Direct3D接口的目的。它一開始提出了一些把規則帶給互動3D計算機圖形API世界的承諾，但因為SGI的財政限制，這個項目後來被放棄了。
