Многие годы в программистском сообществе идет дискуссия о преимуществах использования того или иного интерфейса для создания графики. Главные соперники в этой области – библиотеки OpenGL и DirectX. Индустрия до сих пор так и не сделала однозначный выбор в пользу того или иного API. API – это Application Programming Interface, то есть интерфейс прикладного программирования. Фактически – набор функций для выполнения различных задач. В нашем случае задача – это программирование трехмерной графики.
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). 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.
DirectX к моменту выхода Windows 95 большинство игр по-прежнему делалось под MS-DOS. Windows в те времена не предоставляла возможностей для программирования игр. 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. 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. 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).
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. 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.. 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. Сравнение 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!” 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. OpenGL идеален для визуализации результатов научных исследований. 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. И в дальнейшем развитие DirectX наверняка будет связано с постепенным улучшением гибкости и удобства использования.
Библиографический список
- https://geektimes.ru/post/280272/
- http://www.ict.edu.ru/ft/002394/num5opgl.pdf
- http://www.masters.donntu.org/2015/frt/yablokov/library/article8.htm
- http://www.gamedev.ru/code/forum/?id=181426