3D核动力——从显卡看API的发展（下）
硬件时空
虽然DirectX在家用市场全面领先，但在专业绘图领域，OpenGL仍是主角，很多3D图形开发人员都乐意使用开放、先进的OpenGL API，比如NVIDIA的许多经典演示Demo都使用了OpenGL引擎，以展示显卡的最新特性，id Software更是OpenGL标准的坚定不移的支持者，大名鼎鼎的DOOM和Quake系列游戏都见证了一个时代……
高档图形接口——OpenGL
OpenGL（Open Graphics Library）意为“开放的图形程序接口”，它源于SGI公司为图形工作站开发的IRIS GL，后者是一个工业标准的3D图形软件接口，功能虽然强大，但移植性不好。于是，SGI公司便在IRIS GL的基础上进行开发，并在跨平台移植过程中发展成OpenGL。
OpenGL是个与硬件无关的软件接口，可以在不同的平台（如Windows 95、Windows NT、UNIX、Linux、MacOS、OS/2）之间进行移植。因此，支持OpenGL的软件具有很好的移植性，可以获得非常广泛的应用。由于OpenGL是3D图形的底层图形库，没有提供几何实体图元，不能直接用以描述场景。但是，通过一些转换程序，可以很方便地将AutoCAD、3DS等3D图形设计软件制作的DFX和3DS模型文件转换成OpenGL的顶点数组。
目前所有3D显卡都支持OpenGL，后者不仅在游戏处理上显示了强大的实力，而且在专业3D设计领域，其价值也得到了最大化的体现。为了更清晰地了解OpenGL，下面我们就来回顾一下它的发展历程。
1. OpenGL 1.0
OpenGL由成立于1992年的OpenGL Architecture Review Board（OpenGL架构评估委员会，以下简称ARB）组织管理，ARB成员以投票方式产生标准，并制成规范文档公布，各软硬件厂商据此开发产品。
1992年，SGI公司发布了OpenGL的1.0版本，随后又与微软共同开发了Windows NT版本的OpenGL，从而使一些原来必须在高档图形工作站上运行的大型3D图形处理软件也可以在普通电脑上使用。OpenGL 1.0一经推出便以崭新的理念迅速得到业界的支持，并成为事实上的标准。
2. OpenGL 1.1
1995年OpenGL 1.1版本上市，该版本比1.0的性能有很大提高，并加入了一些新的功能，包括新增了一些在三维图形开发中经常用到的功能，解决了一直困扰着三维图形程序员的问题。
这些新增功能主要分为纹理处理功能（新增纹理格式用于提高纹理使用性能，使得整个纹理场景绘制效率更高）、多边形偏移（Polygon Offset）功能和OpenGL 1.1顶点数组功能。改进打印机支持，在增强元文件中包含OpenGL的调用，顶点数组的新特性，提高顶点位置、法线、颜色、色彩指数、纹理坐标、多边形边缘标志的传输速度，引入了新的纹理特性等等。Intel 740、Trident 9880、SiS6326、NVIDIA Riva TNT等显卡都支持OpenGL 1.1。
小贴士：
微软虽有自家的DirectX，但没有完全排斥OpenGL。随着id公司以OpenGL 3D图形接口开发的《雷神之锤2》游戏在市场上大获成功，微软也加快了对OpenGL“包容”的步伐。微软起先是把OpenGL集成到Windows NT中，后来又把它集成到Windows 95 OSR2（Windows 97）中。到Windows98时代，OpenGL已经成为系统的标准组成部分之一，而且执行性能也得到了相应的优化和提高。
虽然Windows对OpenGL的支持只是基于Direct3D的一个层，实际应用中会涉及转换，但这也使得许多支持OpenGL的电脑3D游戏得到广泛应用，让许多在Windows95平台上运行的3D图形设计软件如AutoCAD R14、3DS MAX R2等也可以运用支持OpenGL标准的3D加速卡来提高它们的3D图形处理速度和普及度。
在Windows平台上，OpenGL驱动主要有两种模式：纯软件和ICD。纯软件模式下，所有渲染操作均由CPU转换完成，速度很慢。ICD（Installable Client Driver，可安装客户端驱动程序）是一个完整的OpenGL驱动模型，它的作用就是让OpenGL程序能利用3D加速卡的硬件资源，实现加速。换言之，只要硬件支持，ICD便可硬件加速整个OpenGL渲染管线（如变换、光照、光栅化等）。现在硬件厂商提供的OpenGL驱动程序都是依照ICD模型开发的。
3. OpenGL 1.2
OpenGL 1.2是1.1的后续扩展程序，对那些采用像素缓存、颜色矩阵和卷积运算的图像操作，其性能有明显提高。支持OpenGL 1.2的显卡包含ATI Radeon8500/9000系列、NVIDIA的GeForce2/GeForce3系列等等。
4. OpenGL 1.3
2001年8月，ARB又发布了OpenGL 1.3规范，它增加了立方纹理贴图（应用于更高质量的环境贴图和光照）、纹理环境、多重采样（独立对点、线和多边形的反锯齿渲染进行排列）、纹理框架压缩（可以在显存中存储更高质量的纹理材质）等扩展指令，但是改进力度不大。
“可以帮助开发人员创造出实时电影般效果”，OpenGL 1.3让GPU能用包括多重纹理、立方体贴图、多样本反锯齿在内的一些特性实现特效，可以更容易地开发出在图像效果和真实性方面更具水准的应用软件。但OpenGL 1.3受到许多方面的限制，尤其是在对接口可编程能力上。
支持OpenGL 1.3的显卡包含ATI Radeon9500/9600/9800/X300/X600系列，NVIDIA的GeForce4 MX/TI系列等等。
5. OpenGL 1.4
2002年7月，ARB正式发布OpenGL 1.4，新版本的性能和功能比1.3版有所增强，仍然保持了完整的向下兼容性。
OpenGL 1.4的新特性有：深度纹理和阴影纹理（允许实时阴影和相关图像渲染）、顶点设计框架（用户可对几何、光照和阴影进行编程）、自动纹理贴图（为动态纹理提供快速升级和高质量纹理过滤），以及用于高几何吞吐量的多重描绘阵列、用于精确2D和图像渲染的窗口光栅定位、用于高级雾化效果的用户定义的雾化坐标、用于柔性阴影和渲染效果的点参数、新型结构缓冲模型和模板功能等。
支持OpenGL 1.4的显卡包含NVIDIA GeForce FX5200/5600/5700/5800/5900系列、Intel GMA900集成显示芯片等。
6. OpenGL 1.5
在OpenGL 1.0推出后的相当长一段时间内，OpenGL唯一的改进就是增加了一些扩展指令集。2003年7月，OpenGL 1.4标准的扩展版本——OpenGL 1.5标准问世了，其功能/性能有了很大提高。OpenGL 1.5新增了OpenGL Shading Language，该语言是OpenGL 2.0的底核，用于着色（Shader）对象、顶点着色及片断着色（Fragment Shader）技术的扩展功能。
此外，OpenGL 1.5的新功能还包含顶点Buffer Object（进行顶点配列方式以提高透视性能）、Shadow功能（用于比较Shadow映射的函数）、隐蔽查询（为提高Curling性能采用非同步隐蔽测试）、非乘方纹理（提高多纹理映射等纹理内存的使用效率）等。
支持OpenGL 1.5的显卡包含NVIDIA GeForce6系列、ATI Radeon X700/X800系列等等。
7. OpenGL 2.0
2004年8月，OpenGL发展历史中最引人注目的OpenGL 2.0被推出，3Dlabs在新的OpenGL2.0中增加了不少新的特性。最重要的更新是加入了可编程特性，提高了对时间和内存的控制，提高了系统的性能。另外一个更为重要的方面是，OpenGL 2.0是完全独立于硬件平台的，而且在兼容OpenGL 1.x标准的同时，提供了更加出色的处理性能。
OpenGL 2.0通过为图形处理器提供可编程特性，为显卡领域带来了一场革命，并且在创建实时3D图形上跨出了重要的一步。OpenGL 2.0的重大改进表现在以下几个方面：
（1）彻底精简复杂的核心；（2）完全的硬件可编程能力；（3）改进内存管理机制、支持高级像素处理；（4）扩展到数字媒体领域，跨越高端图形和多媒体范畴；（5）支持嵌入式图形应用。
可编程顶点处理、可编程片段处理、可编程图像格式是OpenGL 2.0的关键功能。除了内置完整的顶点着色和像素着色语言之外，还支持可编程着色、单次多目标渲染、Point Sprites等。
许多硬件制造商和软件商在全力支持DirectX的同时，也大力支持OpenGL 2.0，因为OpenGL 2.0标准同样能够对图像处理提供更好的支持。支持OpenGL 2.0的显卡包含NVIDIA GeForce7系列、ATI Radeon X1000系列等。
8. OpenGL 2.1
OpenGL2.1与当前的2.0版本相比，虽然版本号变更不如DX9到DX10那么巨大，但它却增加了多项实用的技术和功能。比如，优化GPU和显存的并行工作效率，提高像素缓冲利用率；增加标准彩色图像质感和sRGB色彩空间应用的灵活性；增加了许多Shader弹性调配机制。
支持OpenGL 2.1的显卡包含NVIDIA G80（GeForce8）系列、ATI R600系列等。
写在最后
随着DirectX的不断发展和完善，OpenGL的优势逐渐丧失，虽然在新的OpenGL 2.0/2.1版本中出现了很多类似于DirectX中可编程单元的设计，但用户的认知程度并不高，未来OpenGL发展前景并非一片光明。
除DirectX、OpenGL等主流API外，市场上还曾出现过Autodesk Heidi（QuickDraw 3D）、PowerSGL（NEC PowerVR系列芯片的专用程序接口）等API，但它们并没在市场上流行开来，由于篇幅所限，笔者就不再介绍了。