OpenGL的圖像渲染加速方法實(shí)驗(yàn)研究

唐憲郡

摘要：在計(jì)算機(jī)圖像處理中，基于圖像渲染速度問題，主要與

CPU、GPU效率有關(guān)，可以改進(jìn)OpenGL渲染流程，根據(jù)GPU和CPU實(shí)際情況，優(yōu)化分配繪圖、渲染任務(wù)，不僅能夠優(yōu)化圖像處理速度，還可以實(shí)現(xiàn)圖像渲染加速。以下本篇針對(duì)OpenGL圖像渲染加速方法，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。

關(guān)鍵詞：圖像渲染 OpenGL 渲染速度

1 OpenGL簡(jiǎn)介

OpenGL是一個(gè)跨平臺(tái)的圖形庫(kù)，可在Windows、Unix、Mac等平臺(tái)上運(yùn)行。本書主要介紹怎樣在Windows平臺(tái)上建立OpenGL程序，并以Visual C++ 6.0編程環(huán)境為例來(lái)說(shuō)明整個(gè)編程環(huán)境的建立和設(shè)置[1]。OpenGL指令模式，也就是在C/S（CIient/Server，客戶/服務(wù)器）模型之中，通常可以根據(jù)用戶程序中（客戶）發(fā)出的命令，將其提交給相應(yīng)內(nèi)核程序中的（服務(wù)器），內(nèi)核服務(wù)器再對(duì)收到的不同指令進(jìn)行相應(yīng)的解釋，并在進(jìn)行初步處理之后，將其交給操作系統(tǒng)服務(wù)管理，然后再轉(zhuǎn)交給硬件進(jìn)行計(jì)算加速。

2 OpenGL圖像渲染流程

對(duì)于實(shí)際中的OpenGL指令，主要是集封裝在庫(kù)以及共享程序集之中的，可以當(dāng)應(yīng)用程序發(fā)出的OpenGL命令，以此來(lái)調(diào)用庫(kù)處理文件。然后，可以傳遞服務(wù)到內(nèi)核處理。其工作流程如下圖所示：

[應(yīng)用程序][包含OpenGL指令][OpenGL指令集（Windows上以DLL形式存在）][OpenGL內(nèi)核服務(wù)][操作系統(tǒng)服務(wù)][顯卡驅(qū)動(dòng)][顯示卡][顯示器]

圖1 OpenGL工作流程

應(yīng)用程序OpenGL內(nèi)核服務(wù)顯示器顯示卡顯卡驅(qū)動(dòng)操作系統(tǒng)服務(wù)包含OpenGL指令OpenGL指令集（Windows上以DLL形式存在）OpenGL圖像渲染中，具有超強(qiáng)圖形繪制的能力，主要包括繪制物體指令、啟動(dòng)光照指令、管理位圖指令、圖像紋理映射指令、動(dòng)畫指令，還與圖像實(shí)現(xiàn)交互，發(fā)揮實(shí)際功能[2]。對(duì)于OpenGL渲染中，首先可以將物體轉(zhuǎn)化成可以描述的物體，使其形成具有集合性質(zhì)的頂點(diǎn)（Vertex），以及形成可以描述圖像性質(zhì)的像素（Pixel），并能夠在執(zhí)行一系列的操作之后，最終把這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的像素?cái)?shù)據(jù)。

3 分析研究OpenGL圖像渲染加速試驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)環(huán)境

可以在windows操作系統(tǒng)之下，對(duì)OpenGL應(yīng)用程序指令，主要就是被封裝在OpenGL32.dll庫(kù)以及Glu32.dl動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)中。其中，Glut庫(kù)作為OpenGL圖像渲染過程中的實(shí)用工具包，是一個(gè)可以獨(dú)立于子窗口的系統(tǒng)工具包，在OpenGL可以發(fā)揮隱藏特性，能夠以此來(lái)隱藏不同窗口系統(tǒng)的API復(fù)雜性。實(shí)際應(yīng)用中，Glu只封裝基礎(chǔ)API窗口，只是用于OpenGL的教學(xué)演示。在應(yīng)用中，可以在文件首部中添加頭文件：

# include “ gl ＼ gl.h”

# include “gl ＼ glu.h”

然后，可以打開菜單Project＼Settings選型，隨后可以在彈出的對(duì)話框中，選擇Link 的標(biāo)簽，并在Object＼Library Modules 欄，可以增加OpenGL32.lib 及glu32.lib 兩個(gè)庫(kù)文件。

3.2 像素格式設(shè)置

對(duì)于OpenGL圖像渲染過程中，對(duì)其進(jìn)行繪圖操作指示， OpenGL可以將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為像素，使其可以寫入幀中進(jìn)行緩存。因此在OpenGL圖像渲染中，OpenGL只需要知道像素格式，就可以在初始化OpenGL時(shí)，根據(jù)PIXELFORMATDESCRIPTOR函數(shù)，設(shè)置像素的屬性格式。

3.3 設(shè)置渲染描述表

對(duì)于OpenGL渲染加速中，應(yīng)用描述表來(lái)表示輸出同Windows設(shè)備的聯(lián)系機(jī)制，可以把OpenGL圖像渲染信息存入描述表，在Windows系統(tǒng)中，更新OpenGL中一個(gè)窗口圖形的狀態(tài)[3]。利用“MFC ClassWizard”，使CMFCOpenGLExplView類響應(yīng)WM_CREATE、WM_SIZE、WM_ERASEBKGND、WM_DESTROY、WM_LBUTTONDOWN、WM_RBUTTONDOWN、和WM_TIMER這7個(gè)消息，得到相應(yīng)的7個(gè)消息響應(yīng)函數(shù)。

3.4 繪制圖像

在OnDraw（）函數(shù)中調(diào)用成員函數(shù)RenderScene（）來(lái)繪制場(chǎng)景，該函數(shù)體其實(shí)就是ConsoleExpl工程中display（）的函數(shù)體。

void CMFCOpenGLExplView：：OnDraw（CDC* pDC）

{CMFCOpenGLExplDoc* pDoc = GetDocument（）；

ASSERT_VALID（pDoc）；

RenderScene（）；}

void CMFCOpenGLExplView：：RenderScene（）

{gl Clear （ GL_COLOR_ BUFFER_BIT | GL_ DEPTH_BUFFER_BIT ）；

glPushMatrix（）；//保存模型視圖矩陣

glRotatef（m_rotAngle， 0.0， 0.0， 1.0）；

glBegin（GL_POLYGON）；

glColor3f（1.0， 0.0，0.0）；

glVertex2f（0.0， -25.0）；

glColor3f（0.0， 1.0， 0.0）；

glVertex2f（25.0， -12.5）；

glColor3f（0.0， 0.0， 1.0）；

glVertex2f（25.0， 12.5）；

glColor3f（1.0， 1.0， 0.0）；

glVertex2f（0， 25.0）；

glColor3f（1.0， 0.0， 1.0）；

glVertex2f（-25.0， 12.5）；

glColor3f（0.0， 1.0， 1.0）；

glVertex2f（-25.0， -12.5）；

glEnd（）；

glPopMatrix（）；//恢復(fù)模型視圖矩陣

SwapBuffers（wglGetCurrentDC（））；//交換緩沖區(qū)}

繪制出結(jié)果，并且基于整個(gè)處理過程中，都可以確保在計(jì)算機(jī)的后臺(tái)模式下完成，并且只需要程序員開發(fā)應(yīng)用程序部分，基本上后續(xù)工作則不需要程序員參與，對(duì)于硬件的管理工作也可以交由計(jì)算機(jī)完成，具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

4 結(jié)論

綜上所述，實(shí)驗(yàn)研究證實(shí)，在基于OpenGL圖像渲染基礎(chǔ)上，應(yīng)用OpenGL，有效實(shí)現(xiàn)圖像渲染加速，優(yōu)化圖像渲染流程，值得在實(shí)際中應(yīng)用推廣。

參考文獻(xiàn)：

[1]喬少杰，王有為.基于OpenGL的快速圖像渲染方法[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究，2008，5（5）：1589-1595.

[2]蘇國(guó)中.OpenGL模擬攝影測(cè)量方法研究[J].中國(guó)圖像圖形學(xué)報(bào)，2006（04）.

[3]向世明.OpenGL 編程與實(shí)例[M].北京：電子工業(yè)出版社，1999：22-82.