Integration von 3D-Visualisierungstechniken in 2D-Grafiksystemen

Kapitel 2. Grundlagen
2.2.2. OpenGL
Die Open Graphics Library (OpenGL) ist die Spezifikation einer Software-Schnittstelle
zur Grafikhardware[16, Abschnitt 1.2]. Die Grafikhardware wird so weit abstrahiert,
dass eine allgemeine, plattformunabhängige Schnittstelle genutzt werden
kann. Diese Abstraktionsebene ist noch immer hardwarenah genug, um ein e zientes
Erzeugen von 3D-Grafiken in Echtzeit zu erreichen.
OpenGL-Implementierungen sind auf den meisten Arbeitsplatzrechnern vorhanden.
Unter Microsoft Windows ist allerdings die Installation eines (proprietären) Grafikkartentreibers
sehr wichtig, da die ansonsten auf diesem System vorhandene Implementierung
nur der Version 1.1 des OpenGL-Standards entspricht 3 . Falls keine Hardwarebeschleunigung
vorhanden ist, können sogenannte Software-Renderer, rein auf
dem Hauptprozessor arbeitende OpenGL-Implementierungen, genutzt werden. Diese
sind natürlich deutlich weniger leistungsfähig als Implementierungen, welche eine
Grafikkarte verwenden.
Die OpenGL-API bietet zwei verschiedene Ansätze zum „Zeichnen“:
• Die traditionelle Methode ist die Fixed Function Pipeline, in der man die Art
der Projektion, Beleuchtung, etc. durch Variablen kontrolliert. Wie die einzelnen
Schritte, von einer aus Primitiven (Punkt, Linie, Dreieck) bestehenden Eingabe
zur fertigen Grafik, ablaufen, ist dabei fest im Treiber implementiert.
• Bei dem „modernen“ Ansatz wird eine Shader-basierte Pipeline verwendet, d. h.
ein Teil der Schritte (z. B. Transformation oder Einfärben von Pixeln) wird
durch kleine, vom Anwendungsentwickler geschriebene Programme, die sogenannten
Shader-Programme, auf der Grafikhardware ausgeführt.
Die Erzeugung von Grafiken erfolgt in OpenGL nach dem Prinzip der Rasterisierung,
d. h. die Objekte der Szene werden als eine Art Vektorgrafik an die Implementierung
übergeben und dort in eine Rastergrafik umgewandelt. Dabei wird mit einem Tiefenpu
er, einem Speicherbereich in dem für jeden Pixel ein Tiefenwert gespeichert
wird, sicher gestellt, dass im dreidimensionalen Raum näher an der Kamera liegende
Punkte weiter entfernte Punkte verdecken.
Die Spezifikation wird durch ein Non-Profit-Industriekonsortium von Mitgliedern
wie Nvidia, AMD und Intel, der Khronos Group[5], verwaltet und weiter entwickelt.
Die aktuelle Version wird auf der Webseite http://www.opengl.org/registry/ verö
entlicht.
2.2.3. HMTL5/JavaScript und WebGL
Eine noch relativ neue Entwicklung im Bereich der 3D-Visualisierung ist die WebGL-
API. Der ebenfalls von der Khronos Group entwickelte Web-Standard ermöglicht
ein plattformunabhängiges, hardwarebeschleunigtes Rendern von 3D-Grafik im Webbrowser.
Das auf OpenGL ES 2.0 basierende WebGL stellt einen sehr großen Teil
4
3 Version 1.1 wurde 1997 verö entlicht; aktuell sind die Versionen 3.3 und 4.3