跨越OpenGL和D3D的鸿沟（三）：交集？并集？

转载请注明出处为KlayGE游戏引擎，本文地址为http://www.klayge.org/2011/07/20/%e8%b7%a8%e8%b6%8aopengl%e5%92%8cd3d%e7%9a%84%e9%b8%bf%e6%b2%9f%ef%bc%88%e4%b8%89%ef%bc%89%ef%bc%9a%e4%ba%a4%e9%9b%86%ef%bc%9f%e5%b9%b6%e9%9b%86%ef%bc%9f/

 

上一篇讲到了如何填平OpenGL和D3D之间一些原本被认为位于底层的区别。本篇将剖析两个API在功能上的异同，以及直接相互访问的可能性。

功能

D3D9的功能早已被OpenGL 2.0所覆盖，网上可以找到很多资料，这里就不提了。本文注重的是新的GPU特性。下表列出了D3D10+的新功能，以及实现该功能所需要的OpenGL扩展或核心。

D3D 10的功能	OpenGL所对应的
Geomrtry shader	GL_ARB_geometry_shader4或OpenGL 3
Stream output	GL_EXT_transform_feedback或OpenGL 3
State对象	无，需要在上层封装GL_EXT_direct_state_access
Constant buffer	GL_ARB_uniform_buffer_object或OpenGL 3
Texture array和新的资源格式	GL_EXT_texture_array +GL_ARB_texture_compression_rgtc +GL_ARB_texture_rg +GL_ARB_texture_rgb10_a2ui +GL_EXT_texture_integer或OpenGL 3
texture和sampler解偶	GL_ARB_sampler_objects或OpenGL 3
在shader里进行整数和位操作	GL_ARB_shader_bit_encoding或OpenGL 3
Multisampled alpha-to-coverage	GL_NV_multisample_coverage或OpenGL 3
D3D 10.1的功能	OpenGL所对应的
读取multisample depth/stencil纹理	GL_ARB_texture_multisample或OpenGL 3
Cubemap array	GL_ARB_texture_cube_map_array或OpenGL 4
gather4	GL_ARB_texture_gather或OpenGL 4
D3D 11的功能	OpenGL所对应的
Compute Shader	GL_ARB_cl_event + OpenCL
Dynamic Shader Linkage	GL_ARB_gpu_shader5或OpenGL 4
Multithreading	无
Tessellation	GL_ARB_tessellation_shader或OpenGL 4

这些都是DX SDK文档里提到的功能，其他一些比较小的功能，也可以很容易找到OpenGL的对应。从上表可以看出，几乎所有D3D的功能都可以直接用相应的OpenGL功能代替，同时没有性能损失。需要重点讨论的是一些例外：

State对象

D3D 10新增了State对象，可以极大地减少由于改变渲染状态所需的系统调用次数。OpenGL中目前还没有State对象，所以只能在上层自行封装。虽然 有些 性能损失，但接口可以和D3D统一起来。ARB针对OpenGL的State对象进行过旷日持久的讨论，还最终各大厂商没有达成一致。不过这是个趋势，相 信不久的将来就会出个相关的扩展。到时候这个区别就能被完美地填平。

Compute Shader

D3D 11引入了compute shader，在D3D中直接提供了GPGPU的能力。OpenGL没有因此增加一种shader，而是增强和同门师弟OpenCL的互操作能力。 OpenGL和OpenCL能直接共享texture和buffer等，起到了和compute shader等价的功能。与GLSL和HLSL的关系一样，这里存在着shader语言不同的问题，而且没有Cg可以作为桥梁，目前只能写两份代码。

Multithreading

D3D 11的multithreading能力允许多个context都调用D3D11 API，每个context保存下来的API调用流可以在主context执行依次执行。OpenGL目前也没有引入该机制，需要在上层自行实现。话说回 来了，目前的所有显卡 驱动都没有实现multithreading，所以所有多context都是由D3D runtime软件实现的，没有达到应有的提速效果。自己实现一个command list也能达到那样的性能。仍然希望某一天multithreading能成为OpenGL的功能 之一，简化上层的工作。

总结

所以说，OpenGL和D3D功能的交集几乎就是它们的并集，并不会因为需要兼容两者而失去很多功能。从功能上说，OpenGL和D3D之间的分歧甚至小于OpenGL和OpenGL ES。破解了第一篇说的流言4。

互操作

神奇扩展WGL_NV_DX_interop的 出现，使得OpenGL可以正式与D3D进行互操作。（严格来说，互操作能力源自它的前身WGL_NVX_DX_interop，但鉴于他是个NVX实验 性质的扩展，最好小心点用。）该扩展的目的是，在D3D中建立资源，而在 OpenGL中访问它。目前可以支持的是D3D9的纹理、render target和VB的读写。D3D10+的支持将在未来加入。两个API之间所需的同步也是自动完成的。

使用WGL_NV_DX_interop进行相互渲染的范例如下：

// 跟平常一样建立D3D设备和资源
d3d->CreateDevice(..., &d3dDevice);

d3dDevice->CreateRenderTarget(width, height, D3DFMT_A8R8G8B8,
    D3DMULTISAMPLE_4_SAMPLES, 0,
    FALSE, &dxColorBuffer, NULL);

d3dDevice->CreateDepthStencilSurface(width, height, D3DFMT_D24S8,
    D3DMULTISAMPLE_4_SAMPLES, 0,
    FALSE, &dxDepthBuffer, NULL);

// 把D3D设备注册给OpenGL

HANDLE gl_handleD3D = wglDXOpenDeviceNV(d3dDevice);

// 把D3Drender target注册成OpenGL纹理对象

GLuint names[2];
HANDLE handles[2];

handles[0] = wglDXRegisterObjectNV(gl_handleD3D, dxColorBuffer,
    names[0], GL_TEXTURE_2D_MULTISAMPLE, WGL_ACCESS_READ_WRITE_NV);
handles[1] = wglDXRegisterObjectNV(gl_handleD3D, dxDepthBuffer,
    names[0], GL_TEXTURE_2D_MULTISAMPLE, WGL_ACCESS_READ_WRITE_NV);

// 现在纹理就可以当成普通的OpenGL纹理来用了

// D3D和OpenGL渲到同一个render target

direct3d_render_pass(); // 和平常一样进行D3D渲染

// 锁定render target，交给OpenGL

wglDXLockObjectsNV(handleD3D, 2, handles);

opengl_render_pass(); // 和平常一样进行OpenGL渲染

wglDXUnlockObjectsNV(handleD3D, 2, handles);

direct3d_swap_buffers(); // D3D present

这样两个API可以和谐共处了，但这个扩展目前仅限于NV的卡。

本篇讨论了两个API在功能上的交集和并集，以及互操作的方法。下一篇是本系列的结局，将讨论一些平台相关的问题，并进行系统性的总结。