OpenGL
OpenGL（英語：Open Graphics Library，譯名：開放圖形庫或者「開放式圖形庫」）是用於彩現2D、3D向量圖形的跨語言、跨平台的應用程式編程介面（API）。這個介面由近350個不同的函式呼叫組成，用來從簡單的圖形位元繪製複雜的三維景象。而另一種程式介面系統是僅用於Microsoft Windows上的Direct3D。OpenGL常用於CAD、虛擬實境、科學視覺化程式和電子遊戲開發。
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| 原作者 | 矽谷圖形公司 |
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| 開發者 | Khronos Group |
| 首次發布 | 1992年6月30日 |
| 目前版本 | 4.6（2017年7月31日） |
| 程式語言 | C語言 |
| 作業系統 | 跨平台 |
| 類型 | 應用程式介面 |
| 許可協定 | 多種[1] |
| 網站 | https://www.opengl.org/ |
OpenGL的高效實現（利用圖形加速硬體）存在於Windows，部分UNIX平台和Mac OS。這些實現一般由顯示裝置廠商提供，而且非常依賴於該廠商提供的硬體。開放原始碼函式庫Mesa是一個純基於軟體的圖形API，它的代碼相容於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由一些對建立一個統一的、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。
設計
OpenGL規範描述了繪製2D和3D圖形的抽象API。儘管這些API可以完全通過軟體實現，但它是為大部分或者全部使用硬體加速而設計的。
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數（例如，常數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彩現的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窗口系統。出於同樣的原因，OpenGL純粹專注於彩現，而不提供輸入、音訊以及窗口相關的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來支援各種新功能。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和谷歌的一般性科技公司。
除了核心API要求的功能之外，GPU供應商可以通過擴展的形式提供額外功能。擴展可能會引入新功能和新常數，並且可能放鬆或取消現有的OpenGL函式的限制。然後一個擴充就分成兩部分發布：包含擴充函式原型的標頭檔和作為廠商的裝置驅動。供應商使用擴展公開自訂的API而無需獲得其他供應商或Khronos Group的支援，這大大增加了OpenGL的靈活性。OpenGL Registry負責所有擴展的收集和定義。
每個擴展都與一個簡短的識別碼關聯，該識別碼基於開發公司的名稱。例如，英偉達（NVIDIA）的識別碼是NV。如果多個供應商同意使用相同的API來實現相同的功能，那麼就用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，那麼這就被稱為一個「標準擴展」，識別碼使用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。
文件
OpenGL普及的部分原因是其高品質的官方檔案。OpenGL架構評審委員會隨規範一同發布一系列包含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
相關程式庫
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援的簡單功能。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。
還有幾個庫也建立在OpenGL之上，提供了OpenGL本身沒有的功能：
特別是，OpenGL Performer庫——由SGI開發並可以在IRIX、Linux和Microsoft Windows的一些版本上使用，構建於OpenGL，可以建立即時視覺化仿真程式。
當開發者需要使用最新的OpenGL擴充時，他們往往需要使用GLEW庫或者是GLEE庫提供的功能，可以在程式的執行期判斷當前硬體是否支援相關的擴充，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）搜尋各種擴展的資訊。
上下文與窗口套件
OpenGL 上下文（英語：OpenGL context）的建立過程相當複雜，在不同的作業系統上也需要不同的做法。因此很多遊戲開發和使用者介面庫都提供自動建立 OpenGL 上下文的功能，其中包括 SDL、Allegro、SFML、FLTK、Qt 等。也有一些庫是專門用來建立OpenGL窗口的，其中最早的便是 GLUT，後被freeglut取代，比較新的也有 GLFW 可以使用。[2]
- 以下套件可以用來建立並管理 OpenGL 窗口，也可以管理輸入，但幾乎沒有除此以外的其它功能：
- 支援建立 OpenGL 窗口的還有一些「多媒體庫」，同時還支援輸入、聲音等類似遊戲的程式所需要的功能：
- 窗口套件
歷史
1980年代，開發可以用在各種各樣圖形硬體上的軟體是個真正的挑戰。通常，軟體開發人員為每種硬體編寫自訂的介面和驅動程式。但這非常昂貴並會導致大量工作的重複。
20世紀90年代初，SGI成為工作站3D圖形領域的領導者。其IRIS GL的API被認為是最先進的科技並成為事實上的行業標準，而基於開放標準的PHIGS則相形見絀。IRIS GL更容易使用，而且還支援即時模式的彩現。相比之下，PHIGS難於使用並且功能老舊。
SGI的競爭對手（包括Sun、惠普和IBM）通過擴展PHIGS標準也能將3D硬體投入市場。這反過來導致SGI市場份額的削弱，因為有越來越多的3D圖形硬體供應商進入市場。爲攻佔市場，SGI決定把IRIS GL API轉變為一項開放標準，即OpenGL。
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的應用程式介面擁有與3D圖形不相關的函式。例如，它包括窗口、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繼續支援先進和專有的IRIS Inventor和IRIS Performer應用程式介面。
IRIS GL的限制之一是只能訪問由底層硬體支援的功能。如果圖形硬體不支援一項功能，那麼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援克服此問題，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標準化訪問硬體的方式：硬體介面程式的開發（有時也稱為裝置驅動程式）交由硬體製造商，而窗口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軟體發展提供更高層次的平台。
1992年，SGI公司領導OpenGL架構審查委員會（OpenGL ARB）的建立。該委員會由若干公司組成，負責未來OpenGL規範的維護和擴充。
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的介面。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援，項目1999年遭棄。
2006年7月，OpenGL架構評審委員會投票決定將OpenGL API標準的控制權交給Khronos Group。
進階功能
OpenGL被設計為只有輸出的，所以它只提供彩現功能。核心API沒有視窗系統、音訊、列印、鍵盤／滑鼠或其他輸入裝置的概念。雖然這一開始看起來像是一種限制，但它允許進行彩現的代碼完全獨立於他執行的作業系統，允許跨平台開發。然而，有些整合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介面IRIS GL。IRIS GL的一個限制是它只能訪問底層硬體提供的特性。如果圖形硬體不支援例如紋理對映這樣的功能，那麼應用程式就不能使用它。OpenGL通過在軟體上對硬體不支援的特性提供支援的方法克服了這個問題，允許應用程式在相對低組態的系統上使用進階的圖形特性。Fahrenheit專案是Microsoft和SGI之間的聯合行動，為了統一OpenGL和Direct3D介面的目的。它一開始提出了一些把規則帶給互動3D電腦圖形API世界的承諾，但因為SGI的財政限制，這個專案後來被放棄了。
2002年微軟的DirectX 9提出了全新的Shader繪圖功能以及高階著色語言（HLSL），OpenGL霸主地位開始被瓦解。這使得3DLabs了解到必須開發全新的OpenGL 2.0版本，但僅加入支援GLSL的功能。2006年Khronos接手OpenGL，立刻著手發展Longs Peak與Mount Evans。2008年推出OpenGL 3，但評價普遍不高。
2010年3月10日, OpenGL同時推出了3.3和4.0版本，同年7月26日又發布了4.1版本。2011年8月8日發布4.2版本。2013年發佈4.3版。
| 主要版本 | 發布日期 | 重要變更 |
|---|---|---|
| 1.1 | 1997年1月 | |
| 1.2 | 1998年3月16日 | |
| 1.2.1 | 1998年10月14日 | |
| 1.3 | 2001年8月14日 | |
| 1.4 | 2002年7月24日 | |
| 1.5 | 2003年7月29日 | |
| 2.0 | 2004年9月7日 | |
| 2.1 | 2006年7月2日 | |
| 3.0 | 2008年8月11日 | |
| 3.1 | 2009年3月24日 | |
| 3.2 | 2009年8月3日 | |
| 3.3 | 2010年3月11日 | OpenGL 3.3與4.0版一起發布。 以體現硬體支援Direct3D 10的可能性。 |
| 4.0 | 2010年3月11日 | OpenGL 4.0與版本3.3一起發布。 它是為硬體設計的，以體現硬體支援Direct3D 11的可能性。
與OpenGL 3.0一樣，這個版本的OpenGL包含大量相當無關緊要的擴充，旨在徹底揭示Direct3D 11級硬體的能力。 |
| 4.1 | 2010年7月26日 | |
| 4.2 | 2011年8月8日 | 支援的顯示卡：NVIDIA GeForce 400系列以上，AMD Radeon HD7000系列以上，Intel HD Graphics （第7代Ivy Bridge系列以上）
AMD Radeon HD 6000 Series, AMD Radeon HD 7000 Series
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| 4.3 | 2012年8月6日 | 支援的顯示卡：NVIDIA GeForce 400系列以上，AMD Radeon HD5000系列以上，Intel HD Graphics （第7.5代Haswell系列以上）
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| 4.4 | 2013年7月22日[3] | 支援的顯示卡：NVIDIA GeForce 400系列以上，AMD Radeon HD5000系列以上，Intel HD Graphics （第7.5代Haswell系列以上）
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| 4.5 | 2014年8月11日[4] | 支援的顯示卡：NVIDIA GeForce 400系列以上，AMD Radeon HD7000系列以上，Intel HD Graphics （第8代Broadwell系列以上），Tegra K1, Tegra X1
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| 4.6 | 2017年7月31日 | 支援的顯示卡：NVIDIA GeForce 400系列以上（理論上可支援）
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參見
參考文獻
- ^ OpenGL® Licensing and Logos. Silicon Graphics International Corp. [2013-12-15]. （原始內容存檔於2012-11-01） （英語）.
- ^ GLUT-like Windowing toolkits. Khronos Group. [2018-07-19]. （原始內容存檔於2018-07-19） （英語）.
- ^ Khronos Releases OpenGL 4.4 Specification. Khronos Group. 2013-07-22 [2013-12-15]. （原始內容存檔於2013-10-29） （英語）.
- ^ OpenGL 4.5 released, next-gen OpenGL unveiled: Cross-platform Mantle killer, DX12 competitor. ExtremeTech. 2014-08-11 [2014-08-12]. （原始內容存檔於2014-08-11）.