OpenGL چیست و چه کاربردی دارد

در دنیای طراحی و ساخت بازی، کتابخانه ها و نرم افزار های زیادی مورد استفاده قرار می گیرند، یکی از همین نرم افزار های به شدت خاص و قوی که کاربرد های بیشتری دارد، OpenGL است. این نرم افزار اپن سورس، می تواند قدرت بالایی در اختیار توسعه دهندگان بازی قرار دهد. در صورتی که شما هم قصد دارید تا با OpenGL آشنا شوید و اطلاعات کافی در مورد کارت گرافیک و ربط پردازش آن با OpenGL را متوجه شوید، ادامه مقاله امروز ما را از دست ندهید.

تعریف OpenGL

OpenGL یک رابط کاربری برنامه نویسی به شدت قوی به حساب می آید که به صورت چند زبانه طراحی شده است. این رابط چند سکویی برای ارائه گرافیک دو بعدی و سه بعدی به صورت برداری کاربر های خیلی زیادی دارد. این محصول فوق العاده برای تعامل با کارت گرافیک یا تراشه پردازش گرافیکی اهمیت بالایی دارد. جالب است بدانید که با استفاده از OpenGL شما می توانید به پردازش شتاب یافته و سریع سخت افزاری دسترسی پیدا کنید. در نتیجه، OpenGL اهمیت فوق العاده ای در دنیای طراحی بازی، ساخت انیمیشن و … دارد.

OpenGL مخفف شده Open Graphic Library می باشد. جالب است بدانید که اوپن جی ال نرم افزار نیست. حتی یک منبع متن باز یا اپن سورس هم نیست. چرا که OpenGL هیچ کدی ندارد. اگر شما فکر می کنید که OpenGL از کد های فوق العاده و توابع پیچیده ساخته شده است، سخت در اشتباه هستید. این کتابخانه شامل یک سری استاندارد های خاص برای توصیف یک رابط گرافیکی قوی به حساب می آید. شرکت های زیادی OpenGL را توسعه داده و از آن در موقعیت های مختلف استفاده کرده اند. شما می توانید با استفاده از کارت گرافیک، سیستم عامل و نرم افزار های مختلف همچون موتور های بازی سازی، استاندارد های اوپن جی ال را به طور کامل پیاده سازی نمایید.

تاریخچه این کتابخانه

شاید خیلی از افراد نام شرکت سیلیکون گرافیکس را نشنیده باشند. این شرکت، یکی از معتبر ترین شرکت های تولید کننده انواع کتابخانه نرم افزاری به حساب می آید. OpenGL توسط شرکت سیلیکون گرافیکس ساخته شد. اولین نسخه این کتابخانه در سال 1992 روانه بازار شد. جالب است بدانید که این کتابخانه 1 سال در حال ساخت بود. یعنی شرکت سیلیکون گرافیکس از سال 1991 تا 1992 در حال توسعه آن بود و پس از گذشت یک سال و تکمیل شدن فاز اصلی OpenGL، آماده بازار طراحی گرافیک برای بازی شد. این کتابخانه فقط برای طراحی بازی و ساخت بازی کاربرد ندارد. با استفاده از اوپن جی ال شما می توانید فعالیت های مختلفی را انجام دهید. مثلا، از همان ابتدای کار OpenGL برای ساخت واقعی مجازی، مصور سازی، بصری سازی اطلاعات مختلف، شبیه ساز های پرواز و طراحی بازی های ویدیویی به کار رفت. در نتیجه، OpenGL می تواند قدرت بالایی داشته باشد و استفاده از آن هم می تواند برای همه افراد به شدت خوب و پر بازده باشد.

آخرین نسخه این کتابخانه در سال 2017 و نبا نام ولکان در بازار عرضه شد و هم اکنون هم توسط برنامه نویسان مورد استفاده قرار می گیرد. جالب است بدانید که به علت محبوبیت زبان سی در آن زمان، این کتابخانه با استفاده از زبان سی ساخته شده است. اولین نسخه پایدار این کتابخانه در سال 2013 معرفی شد. مسلما این کتابخانه در طول تاریخ خود، جنگ های زیادی را با کتابخانه های مختلف داشته است. همچنین، تجربه های متنوعی را به دست آورده است.

خرابی اولین درایو اوپن جی ال

اولین چالشی که این کتابخانه در طول فعالیت خود به دست آورد، از طرف مایکروسافت به آن وارد شد. جالب است بدانید که یکی از دلایل توسعه دایرکت ایکس توسط مایکروسافت، OpenGL می باشد. هنگامی که اوپن جی ال و دایرکت 3 دی در ویندوز سه به یک بن بست مهم برخورد کردند، مایکروسافت حس کرد که به یک برتری در این زمینه نیاز دارد. شرکت مایکروسافت سیستم را طراحی کرد که در طی آن از MCD ها استفاده می شود تا تحت یک درایو مجازی، OpenGL بر روی ویندوز اجرا شود.

این سیستم به فروشندگان اجازه می داد تا قطعاتی که می خواهند بر روی سخت افزار خود اجرا کنند را بدون هیچگونه مشکلی انتخاب نمایند. پس از مدت زمان کوتاهی، مایکروسافت در ویندوز 95 به mcd ها اجازه فعالیت نمی داد. در نتیجه، OpenGL آسیب فوق العاده بزرگی دید. چرا که حال به یک نرم افزار ساده تبدیل شده بود که بر روی ویندوز اجرا می شد. اوپن جی ال در آن زمان سعی داشت تا راهی را به بازار پیدا کند. خیلی سود SGI راه حل مهمی را ارائه کرد که خیلی راحت مشکل اپن جی ال با استفاده از این راه حل، از بین رفت.

تحول در ساختار OpenGL

در سال 2006 یک اتفاق مهم برای کتابخانه OpenGL افتاد. این کتابخانه که برای طراحی بازی به کار میرفت، دیگر توسط شرکت سیلیکون گرافیکس مدیریت نمیشد. بلکه این کتابخانه توسط شرکت کرونوس که از فروشندگان سخت افزار و نرم افزار به حساب می آید مدیریت می شود. این شرکت فرمت ساختاری و نوع API OpenGL را به طور کامل تغییر داد. این تغییر در ساختار باعث شد تا اوپن جی ال کاربرد های خیلی زیادی در موقعیت های مختلف به دست آورد.

طراحی اصلی OpenGL

مشخصات این کتابخانه، یک API به صورت انتزاعی برای ترسیم گرافیک های دو بعدی و سه بعدی را تعریف می کنند. شما می توانید با روش های برنامه نویسی خاص، OpenGL را در نرم افزار هم پیاده سازی کنید. ولی، این کتابخانه به گونه ای طراحی شده است که بیشتر بر روی سخت افزار قرار گیرد. در نتیجه، این کتابخانه کاربرد های زیادی از نظر نرم افزاری نخواهد داشت. API، به یک سری ابزار های خاص گفته می شوند که قسمت نرم را به قسمت سخت یک نرم افزار متصل می کند. به طور کلی، توسعه دهندگان و برنامه نویسان در دو دسته اصلی فرانت اند و بک اند فعالیت می کنند.

هر کدام از این دسته ها، می توانند یک سری کاربرد های خاص داشته باشند. برای اتصال فرانت اند به بک اند، باید از ابزاری به نام API استفاده کرد. OpenGL هم یک نوع کتابخانه یا API به حساب می آید. در قسمت های قبل تر گفتیم که OpenGL با استفاده از زبان سی تعریف شده است. ولی، زبان سی تنها زبانی نیست که در ساخت و طراحی اوپن جی ال به کار رفته است. برای ساخت این کتابخانه، زبان های مختلفی مورد استفاده قرار گرفتند. از جمله این زبان های برنامه نویسی می توان به جاوا اسکریپت اشاره کرد.

مستقل بودن در OpenGL به چه معناست؟

علاوه بر اینکه OpenGL یک کتابخانه مستقل از زبان به حساب می آید، کراس پلتفرم هم می باشد. مستقل از زبان بودن یعنی بر پایه یک زبان خاصی طراحی نشده است. شاید ساختار اصلی آن شبیه به یک زبان برنامه نویسی باشد ولی در واقع یک مجموعه قوی از قوانین خاص است. کراس پلتفرم بودن اوپن جی ال یعنی این کتابخانه، بر روی دستگاه های مختلف بدون هیچگونه مشکل خاصی اجرا می شود. این کتابخانه برای رندر کردن می تواند بازدهی بالایی را به افراد ارائه دهد. البته که امروزه دوره های آموزشی زیادی برای نحوه کار با اپن جی ال طراحی شده است. این دوره های آموزشی می توانند به شما کمک کنند تا این کتابخانه را به خوبی یاد بگیرید و مفاهیم مختلف به کار رفته در ساخت آن را بررسی نمایید.

OpenGL می تواند با استفاده از قابلیت های اوپن سورس خود، بر روی سرویس های مختلفی اجرا شود. بر خلاف سیستم هایی که فقط برای ویندوز طراحی شده اند، شما می توانید با خیال راحت OpenGL را بر روی لینوکس و مک هم اجرا کنید. مسئله مهمی که شما باید به آن توجه داشته باشید مربوط به نحوه عملکرد و نوع استفاده شما است.

ترکیب این کتابخانه با دیگر زبان های برنامه نویسی

مسلما شما می توانید از زبان های برنامه نویسی مختلفی برای ترکیب OpenGL استفاده کنید. یکی از متداول ترین زبان های برنامه نویسی به کار رفته برای ساخت بازی، زبان سی پلاس پلاس است. با استفاده از سی پلاس پلاس و کتابخانه اپن جی ال، شما قادر هستید تا گرافیک بازی خود را تا حد بسیار زیادی بهبود ببخشید. فقط کافی است که تحقیقات لازم را در این زمینه انجام دهید. چرا که مسلما این کار، یک کار راحت و ساده به حساب نمی آید. شما باید با مباحثی همچون وکتور ها، رندر کردن، مدیریت زمان و فریم و کار با سخت افزار تسلط کافی داشته باشید.

اکثر موتور های بازی سازی همچون یونیتی و آنریل انجین هم می توانند از OpenGL پشتیبانی کنند. در کل، در دنیای برنامه نویسی دست شما باز است تا بتوانید فعالیت های مورد نظر خود را بدون هیچگونه مشکل خاصی انجام دهید. مسئله مهمی که شما باید به آن توجه داشته باشید در مورد مباحث حل مسئله است. OpenGL مسائل مختلفی را در جلوی پای شما قرار می دهد. شما باید توانایی های مربوط به درک و حل مسئله قوی داشته باشید. تیم توسعه دهنده جدید اپن جی ال همواره در تلاش هستند تا این کتابخانه خوب و قوی را بهبود ببخشند.

ویژگی های کلیدی این کتابخانه

این کتابخانه، یک سری ویژگی های کلیدی دارد که در ادامه به آنها اشاره می کنیم. اولین مبحثی که شما باید به خاطر داشته باشید، این است که OpenGL یک استاندارد صنعتی است. با استفاده از راهنمایی های ارائه شده در زمینه معماری این کتابخانه، مدیران مختلفی بر روی عملکرد و مشخصات اصلی آن نظارت می کنند. در نتیجه، این کتابخانه گرافیکی متن باز میتواند فوق العاده قوی و بی طرف باشد. این کتابخانه بیش از 7 سال نسخه پایدار داشته است. از سال 2013 تا کنون، OpenGL به گونه ای طراحی شده است که بر روی همه سیستم عامل های موجود در دنیا به صورت پایدار اجرا شود. همچنین، آپدیت های مورد نیاز به طور دائم در حال اعمال شدن بوده و کاربران در این زمینه هم نباید نگرانی خاصی داشته باشند. برنامه های تولید شده با استفاده از این کتابخانه هم پایداری بالایی داند.

شما می توانید زبان های مختلفی را برای فراخوانی قوانین این کتابخانه مورد استفاده قرار دهید. OpenGL از پروتکل های شبکه و … کاملا مستقل است. همین امر، باعث شده است تا این کتابخانه یک کتابخانه قوی و بی طرف به حساب بیاید. جالب است بدانید که این کتابخانه بر روی ابر رایانه ها هم اجرا شده و شما با خیال راحت می توانید پردازش های مورد نیاز خود را بر روی این کتابخانه ها نیز اعمال نمایید. مسئله مهمی که شما باید به آن توجه داشته باشید مربوط به دانش است. شما باید دانش فنی و علمی بالایی داشته باشید تا بتوانید به خوبی از کتابخانه اپن جی ال استفاده کنید.

رابطه میان OpenGL و پایتون

پایتون یکی از محبوب ترین زبان های برنامه نویسی است که به علت سادگی خیلی زیاد، محبوبیت بالایی هم به دست آورده است. با استفاده از اتصال های درونی پایتون، بدون هیچ مشکل خاصی شما می توانید به کتابخانه OpenGL دسترسی پیدا کنید. شما می توانید موتوری را طراحی کنید که کارکرد های مناسبی را برای برنامه مورد نظر شما ارائه می کند. کار با این کتابخانه هم خیلی راحت است. شما فقط باید از لایبرری PY OpenGL درون پایتون استفاده کنید تا بتوانید به اجزا و امکانات مختلف اپن جی ال در لپ تاپ خود دسترسی داشته باشید.

رابطه بین OpenGL و جاوا

همانطور که گفتیم فرقی ندارد که شما از چه زبان برنامه نویسی برای کار با اپن جی ال استفاده می کنید. پس از سی پلاس پلاس و پایتون، جاوا یکی از محبوب ترین زبان هایی است که توسط OpenGL مورد استفاده قرار می گیرد. زبان جاوا می تواند تحت تاثیر یک سری شرایط خاص، بازدهی بالایی هم داشته باشد. اگر شما واقعا قصد دارید تا اوپن جی ال را به طور کامل فرا بگیرید، توصیه ما به شما استفاده از کتاب های آموزش این کتابخانه با استفاده از جاوا می باشد. چرا که جاوا سینتکس قابل فهمی داشته و شما با خیال راحت می توانید از آن در موقعیت های مختلفی هم استفاده نمایید. اگر شما هم به دنبال ساخت یک سری بازی با استفاده از کتابخانه های داخلی جاوا هستید، باز هم OpenGL بازدهی بالایی برای شما خواهد داشت.