Linux下的OpenGL——Mesa和GLX简介

川长思鸟来 2022-10-16 06:24 612阅读 0赞

# 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：

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td> <p>1</p> </td> 
   <td> <p>sudo apt-get install libgl1-mesa-dev</p> </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

如果希望安装OpenGL ES版本的Mesa，那么就是如下命令：

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td> <p>1</p> </td> 
   <td> <p>sudo apt-get install libgles2-mesa-dev</p> </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

对于OpenGL ES，EGL的安装如下：

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td> <p>1</p> </td> 
   <td> <p>sudo apt-get install libegl1-mesa-dev</p> </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

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：

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td> <p>1</p> </td> 
   <td> <p>glxinfo | grep "OpenGL version"</p> </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

这里我安装完毕后显示的结果是：

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td> <p>1</p> <p>2</p> </td> 
   <td> <p>szsilence06@ubuntu:~$ glxinfo | grep "OpenGL version"</p> <p>OpenGL version string: 3.0 Mesa 11.2.0</p> </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

# 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：

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td> <p>1</p> <p>2</p> <p>3</p> <p>4</p> </td> 
   <td> <p>find_package(OpenGL REQUIRED)</p> <p>&nbsp;</p> <p>INCLUDE_DIRECTORIES(${OPENGL_INCLUDE_DIRS})</p> <p>LINK_DIRECTORIES(${OPENGL_LIBRARY_DIRS})</p> </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

如下代码负责包含X Window：

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td> <p>1</p> </td> 
   <td> <p>find_package(X11 REQUIRED)</p> </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

最后链接库文件：

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td> <p>1</p> <p>2</p> <p>3</p> <p>4</p> </td> 
   <td> <p>target_link_libraries(mesa_test</p> <p>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;${OPENGL_LIBRARIES}</p> <p>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;${X11_LIBRARIES}</p> <p>)</p> </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

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：

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td> <p>1</p> </td> 
   <td> <p>Display* display = XOpenDisplay(getenv("DISPLAY"));</p> </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

当然，在此之前，我们需要包含相应的头文件：

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td> <p>1</p> <p>2</p> <p>3</p> </td> 
   <td> <p>#include &lt;GL/gl.h&gt;</p> <p>#include &lt;GL/glx.h&gt;</p> <p>#include &lt;stdlib.h&gt;</p> </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

在程序退出前，我们需要关闭到显示器的连接：

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td> <p>1</p> </td> 
   <td> <p>XCloseDisplay(display);</p> </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

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：

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td> <p>1</p> <p>2</p> <p>3</p> <p>4</p> <p>5</p> <p>6</p> <p>7</p> <p>8</p> <p>9</p> <p>10</p> <p>11</p> <p>12</p> <p>13</p> <p>14</p> </td> 
   <td> <p>Window XCreateWindow(</p> <p>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;Display* /* display */,</p> <p>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;Window /* parent */,</p> <p>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;int /* x */,</p> <p>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;int /* y */,</p> <p>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;unsigned int /* width */,</p> <p>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;unsigned int /* height */,</p> <p>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;unsigned int /* border_width */,</p> <p>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;int /* depth */,</p> <p>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;unsigned int /* class */,</p> <p>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;Visual* /* visual */,</p> <p>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;unsigned long /* valuemask */,</p> <p>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;XSetWindowAttributes* /* attributes */</p> <p>);</p> </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

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：

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td> <p>1</p> <p>2</p> <p>3</p> <p>4</p> <p>5</p> <p>6</p> <p>7</p> <p>8</p> <p>9</p> </td> 
   <td> <p>int screen = DefaultScreen(display);</p> <p>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;int width = 640;</p> <p>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;int height = 480;</p> <p>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;int screen_width = DisplayWidth(display, screen);</p> <p>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;int screen_height = DisplayHeight(display, screen);</p> <p>&nbsp;</p> <p>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;window = XCreateWindow(display, XRootWindow(display, screen), (screen_width - width) / 2,</p> <p>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;(screen_height - height) / 2, width, height, 0, CopyFromParent,</p> <p>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;InputOutput, DefaultVisual(display, screen), 0, nullptr);</p> </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

创建好窗口之后，还要调用以下函数将窗口显示出来：

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td> <p>1</p> </td> 
   <td> <p>XMapWindow(display,window);</p> </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

## 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：

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td> <p>1</p> <p>2</p> </td> 
   <td> <p>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;int configNum;</p> <p>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;GLXFBConfig* config = glXGetFBConfigs(display, screen, &amp;configNum);</p> </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

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：

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td> <p>1</p> </td> 
   <td> <p>XVisualInfo* visualInfo = glXGetVisualFromFBConfig(display, *config);</p> </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

然后，我们终于可以创建OpenGL环境了：

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td> <p>1</p> </td> 
   <td> <p>GLXContext context = glXCreateContext(display, visualInfo, nullptr, true);</p> </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

最后将该环境设为当前绘制环境：

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td> <p>1</p> </td> 
   <td> <p>glXMakeCurrent(display, window, context);</p> </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

## 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：

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td> <p>1</p> <p>2</p> <p>3</p> <p>4</p> <p>5</p> </td> 
   <td> <p>int XSelectInput(</p> <p>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;Display* /* display */,</p> <p>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;Window /* w */,</p> <p>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;long /* event_mask */</p> <p>);</p> </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

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：

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td> <p>1</p> <p>2</p> </td> 
   <td> <p>int event_mask = (1 &lt;&lt; 25) - 1;</p> <p>XSelectInput(display, window, event_mask);&nbsp;&nbsp;//listen to all types of events</p> </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

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：

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td> <p>1</p> <p>2</p> </td> 
   <td> <p>XEvent e;</p> <p>XNextEvent(display, &amp;e);</p> </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

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：

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td> <p>1</p> <p>2</p> <p>3</p> </td> 
   <td> <p>switch (e.type) { </p> <p>//...</p> <p>}</p> </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

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：

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td> <p>1</p> <p>2</p> </td> 
   <td> <p>Atom wmDelete = XInternAtom(display, "WM_DELETE_WINDOW", True);</p> <p>XSetWMProtocols(display, window, &amp;wmDelete, 1);</p> </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

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：

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td> <p>1</p> <p>2</p> <p>3</p> <p>4</p> <p>5</p> <p>6</p> <p>7</p> <p>8</p> <p>9</p> <p>10</p> <p>11</p> <p>12</p> <p>13</p> <p>14</p> <p>15</p> </td> 
   <td> <p>bool needQuit = false;</p> <p>while(needQuit == false) { </p> <p>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;XEvent e;</p> <p>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;XNextEvent(display, &amp;e);</p> <p>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;switch (e.type) { </p> <p>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;case Expose:</p> <p>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;Render();</p> <p>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;break;</p> <p>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;case ClientMessage:</p> <p>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;needQuit = true;</p> <p>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;break;</p> <p>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;default:</p> <p>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;break;</p> <p>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;}</p> <p>}</p> </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

## 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：

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td> <p>1</p> <p>2</p> <p>3</p> <p>4</p> <p>5</p> <p>6</p> </td> 
   <td> <p>glViewport(0, 0, width, height);</p> <p>glClearColor(0, 0, 0, 1);</p> <p>glMatrixMode(GL_PROJECTION);</p> <p>glOrtho(0, width, 0, height, 0, 1000);</p> <p>glMatrixMode(GL_MODELVIEW);</p> <p>glLoadIdentity();</p> </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

绘制一个三角形：

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td> <p>1</p> <p>2</p> <p>3</p> <p>4</p> <p>5</p> <p>6</p> <p>7</p> <p>8</p> <p>9</p> <p>10</p> <p>11</p> <p>12</p> <p>13</p> <p>14</p> <p>15</p> <p>16</p> </td> 
   <td> <p>void Render()</p> <p>{ </p> <p>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);</p> <p>&nbsp;</p> <p>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;glBegin(GL_TRIANGLES);</p> <p>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;glColor3f(1.0f, 0.0f, 0.0f);</p> <p>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;glVertex2f(400,400);</p> <p>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;glColor3f(0.0f, 1.0f, 0.0f);</p> <p>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;glVertex2f(400,200);</p> <p>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;glColor3f(0.0f, 0.0f, 1.0f);</p> <p>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;glVertex2f(200,200);</p> <p>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;glEnd();</p> <p>&nbsp;</p> <p>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;glFlush();</p> <p>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;glXSwapBuffers(display, window);</p> <p>}</p> </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

程序运行结果如图。

![untitled][]

## 3.6 收尾工作 ##

程序退出前要记得以下收尾工作：

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td> <p>1</p> <p>2</p> <p>3</p> </td> 
   <td> <p>glXDestroyWindow(display, glxWindow);</p> <p>XDestroyWindow(display, window);</p> <p>XCloseDisplay(display);</p> </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

# 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。

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