Linux下的OpenGL——Mesa和GLX简介
一.什么是Mesa和GLX
众所周知，OpenGL作为图形界的工业标准，其仅仅定义了一组2D和3D图形接口API，而对于窗口管理、IO消息响应等并没有规定。也就是说，OpenGL依赖各平台提供用于渲染的context以及具体实现方式，而各平台提供的实现不尽相同。这些实现主要有：Windows平台下的WGL、Linux下的Mesa/GLX、Mac OS X下的Cocoa/NSGL，以及跨平台的GLUT、GLFW、SDL等等。
Mesa是Linux下的OpenGL实现。它提供了对AMD Radeon系列、Nvidia GPU、Intel i965, i945, i915以及VMWare虚拟GPU等多种硬件驱动的支持，同时也提供了对softpipe等多种软件驱动的支持。Mesa项目由Brian Paul于1993年8月创建，于1995年2月发布了第一个发行版，此后便受到越来越多的关注，如今Mesa已经是任何一个Linux版本首选的OpenGL实现。
GLX则是在Linux上用于提供GL与窗口交互、窗口管理等等的一组API。它的作用与Windows的WGL、Mac OS X的AGL以及针对OpenGL ES的EGL相似。在Linux上，窗口创建、管理等API遵循X Window接口，而GLX提供了OpenGL与X Window交互的办法。因此GLX也可以运用于其他使用X Window的平台，例如FreeBSD等。
二. Mesa和GLX的安装
在Debian/Ubuntu系统上，我们可以使用以下命令来安装Mesa和GLX：
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sudo apt-get install libgl1-mesa-dev |
如果希望安装OpenGL ES版本的Mesa，那么就是如下命令：
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sudo apt-get install libgles2-mesa-dev |
对于OpenGL ES，EGL的安装如下：
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sudo apt-get install libegl1-mesa-dev |
安装完毕以后，可以使用以下命令查看安装的Mesa版本以及安装是否成功：
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glxinfo | grep "OpenGL version" |
这里我安装完毕后显示的结果是：
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szsilence06@ubuntu:~$ glxinfo | grep "OpenGL version" OpenGL version string: 3.0 Mesa 11.2.0 |
三. 第一个Mesa程序
3.1 CMake构建
这里我们采用CMake来构建项目。在CMakeLists.txt内加入如下代码来包含mesa：
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find_package(OpenGL REQUIRED) INCLUDE_DIRECTORIES(${OPENGL_INCLUDE_DIRS}) LINK_DIRECTORIES(${OPENGL_LIBRARY_DIRS}) |
如下代码负责包含X Window：
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find_package(X11 REQUIRED) |
最后链接库文件：
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target_link_libraries(mesa_test ${OPENGL_LIBRARIES} ${X11_LIBRARIES} ) |
这里mesa_test是我创建的可执行文件名称，读者应当换成自己设定的名称。
3.2 创建窗口
Mesa依赖GLX来为其提供渲染的context。而在继续讨论GLX前，我们需要简单了解一下X Window。X Window支持客户端-服务器模型，也就是说，X Server和X Window可以分别运行于不同的机器上，从而允许我们远程运行桌面系统。因此，在渲染之前，我们必须了解程序将在哪个显示器上进行渲染。
我们可以使用如下函数来获取显示器：
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Display* display = XOpenDisplay(getenv("DISPLAY")); |
当然，在此之前，我们需要包含相应的头文件：
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#include <GL/gl.h> #include <GL/glx.h> #include <stdlib.h> |
在程序退出前，我们需要关闭到显示器的连接：
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XCloseDisplay(display); |
在获取显示器以后，我们就可以创建窗口了。创建窗口使用XCreateWindow函数，这个函数的原型如下：
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Window XCreateWindow( Display* /* display */, Window /* parent */, int /* x */, int /* y */, unsigned int /* width */, unsigned int /* height */, unsigned int /* border_width */, int /* depth */, unsigned int /* class */, Visual* /* visual */, unsigned long /* valuemask */, XSetWindowAttributes* /* attributes */ ); |
各参数的意义我不列出了，请自行google，这里我给一个简单的调用示例：
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int screen = DefaultScreen(display); int width = 640; int height = 480; int screen_width = DisplayWidth(display, screen); int screen_height = DisplayHeight(display, screen); window = XCreateWindow(display, XRootWindow(display, screen), (screen_width - width) / 2, (screen_height - height) / 2, width, height, 0, CopyFromParent, InputOutput, DefaultVisual(display, screen), 0, nullptr); |
创建好窗口之后，还要调用以下函数将窗口显示出来：
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XMapWindow(display,window); |
3.3 创建OpenGL环境
有了窗口以后，下一步就是创建context。在创建Context之前，我们需要先对帧缓存进行配置。以下函数可以得到当前屏幕的帧缓存配置信息：
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int configNum; GLXFBConfig* config = glXGetFBConfigs(display, screen, &configNum); |
GLXFBConfig是一个包含大量配置项的结构体，configNum即为函数返回的GLXFBConfig中的配置项数目。为简单起见，我这里就不去修改这个config里面的配置项了。然后我们需要从这个配置项建立一个XVisualInfo，这是X Window用来描述显示参数的数据结构：
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XVisualInfo* visualInfo = glXGetVisualFromFBConfig(display, *config); |
然后，我们终于可以创建OpenGL环境了：
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GLXContext context = glXCreateContext(display, visualInfo, nullptr, true); |
最后将该环境设为当前绘制环境：
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glXMakeCurrent(display, window, context); |
3.4 消息循环
熟悉Windows编程的同学应该对消息循环都不陌生。以上我们写好的程序如果运行一下，会发现窗口一闪而过然后程序就退出了。显然这是因为我们还没有为窗口添加消息循环的缘故。
X Window的消息与Windows有一些不同。由于X Window是基于客户端-服务器模型的，因此我们可以自由选择想要处理的消息，这样可以节省网络带宽。以下函数就是负责选择窗口想要处理的消息的：
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int XSelectInput( Display* /* display */, Window /* w */, long /* event_mask */ ); |
event_mask有很多种，具体我不列出了。以下代码可以侦听所有的消息：
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int event_mask = (1 << 25) - 1; XSelectInput(display, window, event_mask); //listen to all types of events |
设置好要侦听的消息以后，我们可以调用以下函数来获取消息：
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XEvent e; XNextEvent(display, &e); |
XNextEvent是一个阻塞式函数，它可以获取XEvent消息。我们可以根据XEvent的type字段判断消息的类型：
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switch (e.type) { //... } |
各种XEvent中，我们这里需要侦听Expose消息，这个消息在窗口绘制的时候触发，我们应当在这里处理我们的渲染。此外，我们还需要侦听窗口退出消息，好让我们可以进行程序退出前的一些处理操作。然而，X Window标准并没有为窗口退出定义一个消息类型。想要侦听到窗口退出消息的话，一种方法如下所示：
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Atom wmDelete = XInternAtom(display, "WM_DELETE_WINDOW", True); XSetWMProtocols(display, window, &wmDelete, 1); |
这样，当窗口退出时，程序就会发送ClientMessage消息。于是，一个基本的消息循环就如下所示：
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bool needQuit = false; while(needQuit == false) { XEvent e; XNextEvent(display, &e); switch (e.type) { case Expose: Render(); break; case ClientMessage: needQuit = true; break; default: break; } } |
3.5 绘制
在以上工作都做好之后，我们就可以按通常的OpenGL编程方式编写绘制代码了。例如，创建好环境以后进行如下初始化设置：
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glViewport(0, 0, width, height); glClearColor(0, 0, 0, 1); glMatrixMode(GL_PROJECTION); glOrtho(0, width, 0, height, 0, 1000); glMatrixMode(GL_MODELVIEW); glLoadIdentity(); |
绘制一个三角形：
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void Render() { glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT); glBegin(GL_TRIANGLES); glColor3f(1.0f, 0.0f, 0.0f); glVertex2f(400,400); glColor3f(0.0f, 1.0f, 0.0f); glVertex2f(400,200); glColor3f(0.0f, 0.0f, 1.0f); glVertex2f(200,200); glEnd(); glFlush(); glXSwapBuffers(display, window); } |
程序运行结果如图。
3.6 收尾工作
程序退出前要记得以下收尾工作：
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glXDestroyWindow(display, glxWindow); XDestroyWindow(display, window); XCloseDisplay(display); |
四.总结
本文简要介绍了简要介绍了Linux下OpenGL程序的写法。可以看到这种基于X Window的写法还是很繁琐的，因此如果要做Linux上的图形程序开发的话，还是尽量选用GLUT、GLFW、SDL和Qt这样的封装好的环境比较好。