DirectX und OpenGL. Proseminar Multimedia-Hardwareerweiterungen Michel Weimerskirch, 15. Februar 2006

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1 DirectX und OpenGL Proseminar Multimedia-Hardwareerweiterungen Michel Weimerskirch, 15. Februar 2006

2 2 Inhalt Einleitung Übersicht DirectX und Komponenten Übersicht OpenGL Sprachlicher Aufbau OpenGL Sprachlicher Aufbau Direct3D Utility Toolkits Schlussfolgerung

3 3 Inhalt Einleitung Übersicht DirectX und Komponenten Übersicht OpenGL Sprachlicher Aufbau OpenGL Sprachlicher Aufbau Direct3D Utility Toolkits Schlussfolgerung

4 4 Einleitung Vor etwa 20 Jahren: ersten Grafikkarten mit 3D-Unterstützung für den Heimbereich Damals: Mangel an einheitlichen APIs Heute: DirectX und OpenGL haben hohen Reifegrad sowie große Verbreitung erreicht

5 5 Inhalt Einleitung Übersicht DirectX und Komponenten Übersicht OpenGL Sprachlicher Aufbau OpenGL Sprachlicher Aufbau Direct3D Utility Toolkits Schlussfolgerung

6 6 Übersicht: DirectX (1/5) Warum? Problem: protected memory model von Windows 95 kein direkter Zugriff auf die Hardware Lösung: Windows Games SDK (Heute: DirectX) Windows musste für Spieleentwicklung attraktiv gemacht werden

7 7 Übersicht: DirectX (2/5) Aktuelle Version: 9.0c Plattformen: Windows und X-Box Nur Microsoft

8 8 Übersicht: DirectX (3/5) DirectX Graphics Direct3D - 3D-Anwendungen und Spiele D3DX utility library - Erleichtert Anw. DirectInput - Eingabegeräte DirectSound - Audio-Anwendungen DirectMusic - Synthetische Musik (z.b. MIDI)

9 9 Übersicht: DirectX (4/5) DirectDraw - bisher für die zweidimensionale Darstellung verwendet Nicht mehr empfohlen Zweidimensionale Darstellung wird nun von Direct3D sowie der D3DX utility library übernommen

10 10 Übersicht: DirectX (5/5) DirectPlay - bisher zur Netzwerk- Kommunikation bei Online-Spielen benutzt Nicht mehr empfohlen Stattdessen: Benutzung von Windows Sockets sowie den Windows Firewall APIs DirectShow - Audio- und Video-Streams Von Verwendung in der Spieleentwicklung wird abgeraten

11 11 Inhalt Einleitung Übersicht DirectX und Komponenten Übersicht OpenGL Sprachlicher Aufbau OpenGL Sprachlicher Aufbau Direct3D Utility Toolkits Schlussfolgerung

12 12 Übersicht: OpenGL (1/4) OpenGL = Open Graphics Library Software-Schnittstelle zur Grafik-Hardware Aktuelle Version: 2.0 Plattformen: Microsoft Windows, Linux, MacOS-X und andere Unix-Derivate aber auch: Playstation 3 von Sony OpenGL ES (Embedded Systems)

13 13 Übersicht: OpenGL (2/4) Mehrere hundert Prozeduren und Funktionen Erste Version: 1. Juli 1992 OpenGL Architectural Review Board (ARB) von SGI gegründet Ursprung von OpenGL: IrisGL

14 14 Übersicht: OpenGL (3/4) Reine Grafik-Schnittstelle keine Unterstützung für Eingabegeräte und andere Ausgabegeräte Ersatz für diesen Mangel (Beispiele): Simple DirectMedia Layer (SDL) ( Open Audio Library (OpenAL) (

15 15 Übersicht: OpenGL (4/4) OpenGL Extensions Zusätzliche Funktionen Eigenständige Erweiterungen ohne neue Version der API Namensgebung strikt OpenGL Architectural Review Board (ARB)

16 16 Inhalt Einleitung Übersicht DirectX und Komponenten Übersicht OpenGL Sprachlicher Aufbau OpenGL Sprachlicher Aufbau Direct3D Utility Toolkits Schlussfolgerung

17 17 OpenGL Prozedurale Sprache Striktes Schema für Namensgebung Befehle: Präfix gl Konstanten und Typen: Präfix GL Keine Konflikte mit anderen Bibliotheken Transparenz für Entwickler

18 18 Diagramm OpenGL Pipeline Display List Evaluator Per-Vertex Operations Primitive Assembly Rasterization Per- Fragment Operations Framebuffer Texture Memory Pixel Operations

19 19 Anwendungsbeispiel OpenGL glcolor3f(0.0, 0.0, 0.0); glclear(gl_color_buffer_bit); glbegin(gl_triangle_strip); glcolor3f(1.0, 0.0, 0.0); glvertex2f( 0.0, 0.75); glcolor3f(0.0, 1.0, 0.0); glvertex2f( 0.75, 0.75); glcolor3f(0.0, 0.0, 1.0); glvertex2f( 0.75, 0.75); glend(); glflush();

20 20 Anwendungsbeispiel OpenGL glcolor3f(0.0, 0.0, 0.0); glclear(gl_color_buffer_bit); glbegin(gl_triangle_strip); glcolor3f(1.0, 0.0, 0.0); glvertex2f( 0.0, 0.75); glcolor3f(0.0, 1.0, 0.0); glvertex2f( 0.75, 0.75); glcolor3f(0.0, 0.0, 1.0); glvertex2f( 0.75, 0.75); glend(); glflush();

21 21 Anwendungsbeispiel OpenGL glcolor3f(0.0, 0.0, 0.0); glclear(gl_color_buffer_bit); glbegin(gl_triangle_strip); glcolor3f(1.0, 0.0, 0.0); glvertex2f( 0.0, 0.75); glcolor3f(0.0, 1.0, 0.0); glvertex2f( 0.75, 0.75); glcolor3f(0.0, 0.0, 1.0); glvertex2f( 0.75, 0.75); glend(); glflush();

22 22 Anwendungsbeispiel OpenGL glcolor3f(0.0, 0.0, 0.0); glclear(gl_color_buffer_bit); glbegin(gl_triangle_strip); glcolor3f(1.0, 0.0, 0.0); glvertex2f( 0.0, 0.75); glcolor3f(0.0, 1.0, 0.0); glvertex2f( 0.75, 0.75); glcolor3f(0.0, 0.0, 1.0); glvertex2f( 0.75, 0.75); glend(); glflush();

23 23 Inhalt Einleitung Übersicht DirectX und Komponenten Übersicht OpenGL Sprachlicher Aufbau OpenGL Sprachlicher Aufbau Direct3D Utility Toolkits Schlussfolgerung

24 24 Direct3D Befehle werden nicht direkt ausgeführt Koordinaten der Eckpunkte (Vertices) werden im Vertex-Buffer gespeichert Die meisten Berechnungen werden erst ausgeführt wenn sie explizit gefordert werden.

25 25 Direct3D Funktionen, Macros, Strukturen, Konstanten und Enumerations haben das Präfix D3D Interfaces: Präfix Idirect3D Gilt analog für andere DirectX-Komponenten

26 26 Diagramm Direct3D Pipeline Vertex Data Tessellation Vertex Processing Geometry Processing Pixel Processing Pixel Rendering Primitive Data Texture Sampler Textured Surface

27 27 Anwendungsbeispiel Direct3D 1. Vertex-Struktur 2. Flexible Vertex Format (FVF) struct CUSTOMVERTEX { FLOAT x, y, z, rhw; // Position der Vertex DWORD color; // Farbwert }; #define D3DFVF_CUSTOMVERTEX (D3DFVF_XYZRHW D3DFVF_DIFFUSE)

28 28 Anwendungsbeispiel Direct3D 3. Array mit den 3 Eckpunkten CUSTOMVERTEX Vertices[] = { // x, y, z, rhw, color, {150.0f, 50.0f, 0.0f, 1.0f, D3DCOLOR_XRGB(255, 0, 0),}, {250.0f, 250.0f, 0.0f, 1.0f, D3DCOLOR_XRGB(0, 0,255),}, { 50.0f, 250.0f, 0.0f, 1.0f, D3DCOLOR_XRGB(0, 255, 0),}, };

29 29 Anwendungsbeispiel Direct3D 4. Buffer erstellen, sperren, füllen und wieder entsperren g_pd3ddevice >CreateVertexBuffer( 3*sizeof(CUSTOMVERTEX), 0, D3DFVF_CUSTOMVERTEX, D3DPOOL_DEFAULT, &g_pvb, NULL ); VOID* pvertices; g_pvb >Lock( 0, sizeof(vertices), (void**)&pvertices, 0 ); memcpy( pvertices, Vertices, sizeof(vertices) ); g_pvb >Unlock();

30 30 Anwendungsbeispiel Direct3D 5. Hintergrund löschen (mit Schwarz) g_pd3ddevice >Clear( 0, NULL, D3DCLEAR_TARGET, D3DCOLOR_XRGB(0,0,0), 1.0f, 0 );

31 31 Anwendungsbeispiel Direct3D 6. BeginScene 7. StreamSource Stream 0 8. SetFVF (wurde vorhin erstellt) g_pd3ddevice >BeginScene(); g_pd3ddevice >SetStreamSource( 0, g_pvb, 0, sizeof(customvertex) ); g_pd3ddevice >SetFVF( D3DFVF_CUSTOMVERTEX ); g_pd3ddevice >DrawPrimitive( D3DPT_TRIANGLELIST, 0,1 ); g_pd3ddevice >EndScene(); g_pd3ddevice >Present( NULL, NULL, NULL, NULL );

32 32 Anwendungsbeispiel Direct3D 9. DrawPrimitive: Welche Form? 10. EndScene 11. Present: Ergebnis anzeigen g_pd3ddevice >BeginScene(); g_pd3ddevice >SetStreamSource( 0, g_pvb, 0, sizeof(customvertex) ); g_pd3ddevice >SetFVF( D3DFVF_CUSTOMVERTEX ); g_pd3ddevice >DrawPrimitive( D3DPT_TRIANGLELIST, 0,1 ); g_pd3ddevice >EndScene(); g_pd3ddevice >Present( NULL, NULL, NULL, NULL );

33 33 Inhalt Einleitung Übersicht DirectX und Komponenten Übersicht OpenGL Sprachlicher Aufbau OpenGL Sprachlicher Aufbau Direct3D Utility Toolkits Schlussfolgerung

34 34 OpenGL Utility Toolkit (GLUT) int main(int argc, char** argv) { glutinit(&argc, argv); } glutinitdisplaymode(glut_single GLUT_RGBA); glutinitwindowposition(100, 100); glutinitwindowsize(300, 300) glutcreatewindow("fenstertitel"); glutdisplayfunc(display); glutreshapefunc(reshape); glutkeyboardfunc(keyboard); glutmousefunc(mouse); glutmainloop();

35 35 DirectX Utility Toolkit (DXUT) INT WINAPI WinMain(HINSTANCE, HINSTANCE, LPSTR, INT) { DXUTSetCallbackDeviceCreated( OnCreateDevice ); DXUTSetCallbackDeviceReset( OnResetDevice ); DXUTSetCallbackDeviceLost( OnLostDevice ); DXUTSetCallbackDeviceDestroyed( OnDestroyDevice ); } DXUTSetCallbackFrameRender( OnFrameRender ); DXUTSetCallbackFrameMove( OnFrameMove ); DXUTInit( TRUE, TRUE, TRUE ); DXUTCreateWindow( L"BasicHLSL" ); DXUTCreateDevice(D3DADAPTER_DEFAULT, TRUE, 640, 480); DXUTMainLoop(); return DXUTGetExitCode();

36 36 Inhalt Einleitung Übersicht DirectX und Komponenten Übersicht OpenGL Sprachlicher Aufbau OpenGL Sprachlicher Aufbau Direct3D Utility Toolkits Schlussfolgerung

37 37 Schlussfolgerung Vergleichbarer Funktionsumfang Aber: starke Unterschiede in der sprachlichen Gestaltung In Zukunft: weitere Abstraktion und Vereinfachung der APIs z.b. durch Shader-Sprachen

38 DirectX und OpenGL Proseminar Multimedia-Hardwareerweiterungen Michel Weimerskirch, 15. Februar 2006

39 39 Diskussionsfrage Microsoft hat mit seiner Windows-Plattform eine Monopol-Stellung auf dem PC-Spiele- Markt. Inwiefern beinflusst das die Entscheidung der Spiele-Entwickler ob sie nun DirectX oder OpenGL für ihre Projekte wählen sollen?

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