Что лучше опен гл или директ х
OpenGL и DirectX: архитектура, производительность, сравнение
Всем привет. В этой статье (сразу говорю, что статья не для новичков) будет проведено сравнение двух интерфейсов, используемых для разработки графики. Они часто находят применение в компьютерных играх. Это OpenGL и DirectX. Статья раскроет их особенности, архитектуру и производительность. Сначала приступим к обзору OpenGL.
Заметная особенность библиотеки OpenGL – простота ее работы. У данной библиотеки есть ядро, которое управляет обработкой неких треугольников (их называют примитивами).
Процедурная модель лежит в основе передачи данных, а в работе вызываются функции. OpenGL имеет состояние, связанное со значениями переменных, которые и указывают какие параметры обработки должны работать в каждый момент времени. Например, определяется, нужно ли сейчас рисовать текстуру или нет. И в соответствии с текущим состоянием совершается обработка переданных примитивов. В итоге получается простой код и достаточно эффективный механизм работы OpenGL. Также не случаются проблемы с объектно-ориентированными технологиями, несмотря на то, что ядро OpenGL является процедурным.
Пришло время рассмотреть принципы работы второго интерфейса — DirectX. В корне он сильно отличается от OpenGL и имеет основу на модели COM. Многим знакомым с этой структурой станет понятно. А если кто не знаком с принципами COM, то нужно отметить пару моментов. Модель COM предполагает не простые вызовы функций, а определенные действия, которые связаны непосредственно с архитектурой библиотеки DirectX.
Рассмотрим плюсы и минусы данной архитектуры. Вызовы DirectX используются внутри кода, который не отличается легким пониманием. И причем, для того, чтобы нарисовать обычный треугольник, используется очень большой объем кода. Для упрощения работы с таким кодом компания Microsoft разработала DirectX Common Files. Это отдельная библиотека, позволяющая, частично скрыть повторяющиеся куски кода.
OpenGL и DirectX сильно отличаются своей архитектурой и принципами работы. Позже в развитие этих двух разработок стали заметны некоторые сближения. Это связано с движением в сторону эффективного использования «железа» и уменьшением времени на преобразование пользовательских команд в аппаратные. Всегда в работе таких вещей как OpenGL и DirectX, одним из главных вопросов является вопрос производительности. Хотя этот вопрос немного запутан. Постоянно проходят споры о том, кто быстрее — OpenGL или DirectX. А в итоге получается, что скорость у этих библиотек одинакова. Так получается из-за того, что большинство функций и в DirectX и в OpenGL работают с помощью аппаратных ускорителей.
При тестировании аппаратного обеспечения степень оптимизации кода этих двух библиотек различная, вот здесь можно четче заметить разницу скоростей работы. Также производительность может находиться в зависимости от качества работы драйверов оборудования. Все эти моменты планируются заранее и у более качественный игровых движков есть версии и для OpenGL и для DirectX. В итоге разработка усложняется и стоимость игр увеличивается, а ошибок может быть больше. Игровой рынок работает именно так.
Теперь рассмотрим какие еще различия существуют между OpenGL и DirectX. Разница замечается прежде всего в удобстве работы интерфейса, гибкости его функций, области его использования. Часто можно услышать мнение, что OpenGL, в отличии от DirectX9 не поддерживает пиксельные шейдеры. Это не так, хотя в описании OpenGL не указано о шейдерах. Скорость обработки и качество картинки не зависит от используемой библиотеки.
Изначально OpenGL планировался как библиотека, которая будет актуальна еще очень долгий срок. Но комитет, разрабатывающий данную библиотеку, ARB работает медленно и новые возможности в OpenGL появляются редко. Но с помощью специальных расширений OpenGL может вырасти из базовых механизмов, реализуя новые возможности для определенное видеокарты. Как только выходит новая видеокарта, поддерживающая конкретную полезную функцию, обычно в драйвер к видеокарте включают расширенный OpenGL с этой функцией. Для этого программистам нужно специальное разрешение и поэтому имеют место расширение, прошедшие одобрение ARB, причем их применение может быть возможным на видеоадаптерах разных производителей. Эти расширение возможно позже будут включены в новые версии OpenGL. Эта модель не очень удобна. Например, в DirectX, определенная версия либо поддерживает какую-либо конкретную функциональность, либо нет. Но чаще разработчики успевают включать все новые функции, реализованные разработчиками видеокарт. В общих чертах, в разрезе поддержки аппаратных функций OpenGL и DirectX аналогичны, разница в их поставке.
DirectX любим программистами, придерживающимися объектно-ориентированного программирования и модели COM. С помощью COM вносятся изменения в данную библиотеку без редактирования базового кода. А в OpenGL такого подхода нет, но это не такой уж сильный минус. Для написания небольшой программы на DirectX используется код, размеров в 200-800 строк, для OpenGL же для аналогичного решения достаточно 50 строк.
OpenGL очень хорошо подходит для визуализации различных результатов исследований в научных областях.
Ну и конечно же большим плюсом OpenGL можно отметить открытость стандарта. Любая организация в праве приобрести лицензию у SGI и начать разрабатывать свою версию OpenGL. DirectX же закрыт, и его разработкой может заниматься только Microsoft. Поэтому путь DirectX определяется более узким кругом специалистов.
Подводя итоги, можно отметить некоторые достоинства. DirectX подходит для профессиональных игр и их разработки, а также различных программ для Windows. В последнее время OpenGL практически не применяется в играх, для разработки их движков. Эта библиотека может найти свое место на мощных компьютерах, используемых для научных исследований, в образовательных мероприятиях и других областях, имеющие необходимость в переносе различных программ на различные платформы.
На этом пожалуй все, спасибо за внимание 🙂
Что лучше: DirectX или OpenGL
Ранее в интернете активно велись споры, что лучше: DirectX или OpenGL. Сейчас данная тема уже не такая актуальная, но все же нередко пользователи ей интересуются. Мы решили собрать всю достоверную информацию и опубликовать ее в виде сравнения обоих продуктов.
Сравнение
Стоит отметить, что раньше на свет появился именно OpenGL. Кроме того, он был установлен на ранних версиях Mac OS и Linux. Пресловутая Windows в то время была еще в состоянии эмбриона и ни о каком DirectX речи даже не шло.
Однако со временем компания Microsoft выпустила собственный графический API, который стал широко известен. Его популярность связана главным образом с тем, что он используется в самой популярной ОС.
А еще именно DirectX предпочитают многие разработчики игр. Справедливости ради стоит отметить, что некоторые из них добавляют в свои творения также OpenGL и даже Vulkan. Но таких игрушек катастрофически мало.
Так чем же так хорош API от Microsoft? Мы попробуем разобраться в данном вопросе. Но сначала рассмотрим ключевые особенности обоих проектов только потом вынесем вердикт по части их «крутости».
Поддержка расширений
Естественно, у DirectX такого и близко нет, так как это проприетарный продукт и изменения в него вносятся исключительно компанией Microsoft. Так что если производитель видеокарты и добавил какую-нибудь интересную опцию в драйвер, то в этом API она появится нескоро.
А с какой периодичностью выходят обновления для Директ Икс и без того всем известно. В лучшем случае – раз в три года. Это означает, что пользователи не увидят новых фишек до тех пор, пока ребята из Microsoft не соизволят выпустить новую версию.
С OpenGL ситуация другая. Это свободный АПИ, распространяющийся под лицензией GNU/GPL и правки в него вносятся всем сообществом. В которое, кстати, входят и ключевые производители видеокарт. Корпорации AMD и NVIDIA там точно есть.
Поэтому им не нужно кого-то ждать для того, чтобы добавить поддержку нового функционала в графический API. Это значит, что ОпенГЛ может использовать новый функционал сразу после добавления его в драйверы. И это первое преимущество свободной технологии.
Кроссплатформенность
И снова DirectX становится аутсайдером. Данный API предназначен для использования исключительно на операционных системах Windows. При этом на XP используется всего лишь версия 9.0с. А вот 10 и тем более 11 на нее нет и никогда уже не будет.
Помимо Windows данный API еще можно увидеть на игровой приставке XBOX One (и разных ее ревизий). Но эта консоль – детище компании Microsoft. Поэтому ничего удивительного здесь нет. Вы не поверите, но версий DirectX нет даже для культовой Mac OS! И о чем думает компания из Редмонда?
Совсем не то с OpenGL. Этот API используется практически во всех известных операционных системах. Он без проблем работает на Windows, Linux, Mac OS и даже FreeBSD. Хотя последняя и вовсе не предназначена для «графических излишеств».
Такая кроссплатформенность сделала свое дело. К примеру, компания Blizzard выпускает свой культовый World of Warcraft для Mac OS исключительно под Опен ГЛ. Да и на PC-версии игра способна работать как под DirectX, так и под свободным API.
Работа в профессиональных программах
И здесь побеждает ОпенГЛ. Именно этот АПИ признается профессионалами. И все потому, что он поддерживает все последние фишки видеокарт, прописанные в драйверах. А это значит, что разработчики получат новые возможности.
И нова стоит поговорить о простоте данного API. Работать с ним гораздо проще, так как здесь упорядоченный код и масштабные комментарии к нему. Именно поэтому во многих ВУЗах начинают профессиональное обучение с OpenGL.
А вот с DirectX все намного хуже. Компания Microsoft по своему обыкновению наворотила в коде таких громоздких конструкций, что с ними разберутся только профессионалы высшей пробы. Простым смертным сие не дано.
Единственное преимущество ДиректХ в этом плане – богатый инструментарий SDK. Он несколько облегчает разработку. Но даже с SDK она далеко не всем по плечу. Да и для нужд профессионалов этот API никак не подходит. Слишком он тугой на обновления.
Производительность в играх
Вот здесь свободный API сильно отстает от проприетарного. Складывается такое впечатление, что DirectX даже специально создан для игр. Ведь он показывает впечатляющие результаты даже несмотря на все фишки свободного API.
К примеру, в игре The Talos Principle (не первой свежести игрушка) на видеокарте AMD Radeon R9 Fury X при разрешении 4К и ультра настройках графики получилось 643 кадра в секунду. Такой показатель FPS избыточен.
А вот OpenGL в таких же условиях и с такой же видеокартой показал намного более скромный результат. Количество кадров в секунду едва достигло 35. Это приемлемый ФПС для неискушенного геймера, но с предыдущими цифрами его не сравнить. Аналогичная ситуация и с графическими адаптерами от Nvidia.
К сожалению, свободный API оказался совершенно не готов к такому «сражение». И с чем это связано – непонятно. Вроде бы разработчики оперативно добавляют в него новые опции. И драйвера (даже самые новые) его поддерживают.
Вердикт
Так что же все-таки лучше? Директ Х или Опен ГЛ? Все зависит от того, для чего вы будете использовать графический API. Сфера применения многое значит. Ведь в профессиональной области первый продукт значительно отстает от второго.
Но среднестатистического пользователя всякий профессиональный софт не интересует. Ему важно, чтобы игры шли нормально. А наиболее высокую производительность в игрушках показал именно DirectX. Его и будут использовать миллионы.
В выборе API также огромную роль играет ОС. К примеру, та же Windows нормально не поддерживает OpenGL. Его использование возможно только при установке драйверов от производителя. А кому охота плясать с бубнами?
Вот и получается, что менее продвинутый DirectX является наиболее предпочитаемым API для тех, кто использует исключительно Windows и любит игры. А ведь таких пользователей большинство. Потому и популярность этого API зашкаливает.
Заключение
А теперь подведем итоги. Мы попытались беспристрастно выбрать лучший графический API из двух. По всем показателям получается, что в техническом плане лучше выглядит продукт, распространяемый под лицензией GNU/GPL.
И тем не менее, победителем вышел продукт от Microsoft. Потому, что он гораздо лучше оптимизирован для игр и самой операционной системы Windows. Даже несмотря на то, что в техническом плане он существенно уступает.
Когда мы иной раз говорим другим разработчикам игр, что в нашей игре Overgrowth мы использовали OpenGL, нам недоуменно возражают: зачем, разве будущее не за DirectX? Когда мы говорим представителям видеокарт, что используем OpenGL, температура в помещении опускается на 10 градусов.
Это нас озадачивает. Среди веб-разработчиков считается хорошим тоном ругать стандартные технологии, такие как Silverlight, Flash или ActiveX, зато всячески приветствуется кросс-платформенная разработка. Ни один уважающий себя спец не испытывает восторга от работы с закрытыми стандартами типа документов Word или серверов Exchange. И что же произошло с этим миром, что инженеры вдруг принялись не только рукоплескать проприетарному API Microsoft, но ещё и активно ругать его открытого конкурента?
Прежде чем мы объясним, почему мы за OpenGL, немного истории.
Что такое OpenGL
Что такое DirectX
Если судить по сегодняшнему игровому рынку, эта стратегия себя оправдала. Большинство главных игр для PC используют DirectX и работают на Windows и Xbox 360. За редкими исключениями они не работают на конкурирующих платформах, таких как PlayStation, Mac OS или Wii. Так Microsoft теряет довольно серьёзные рынки, а мы ставим важный вопрос:
Почему все используют DirectX?
Рынок начал смещаться в сторону DirectX под воздействием двух факторов: агрессивная реклама DirectX при запуске Xbox 360 и Windows Vista, которая заставила многих усомниться в будущем OpenGL, и оголтелое преувеличение достоинств DirectX. Эти факторы были усилены описанным эффектом обратной связи, и в результате OpenGL почти полностью исчезла из главных игровых новинок.
1. Эффект обратной связи и порочные круги
В среде Windows графические драйверы DirectX поддерживаются лучше, чем OpenGL. Причиной этого является порочный круг под названием «поддержка производителей». Чем больше разработчиков по той или иной причине переходит с OpenGL на DirectX, тем меньше производители видеокарт получают сообщений об ошибках в драйверах OpenGL; следовательно, они становятся хуже, и ещё больше разработчиков уходит с OpenGL на DirectX. Круг замыкается.
Факт и в том, что в DirectX разбирается больше программистов графики, чем в OpenGL; следовательно, создать игру под DirectX дешевле, потому что для этого требуется меньше затрат на обучение. И это ещё один порочный круг: чем больше игр использует DirectX, тем больше программистов должны её изучить. Чем больше программистов изучают DirectX, тем дешевле DirectX обходится игровым проектам в сравнении с OpenGL.
2. Vista и сомнения в отношении OpenGL
При выпуске Vista Microsoft начала активно сеять в пользователях сомнения и неуверенность в отношении OpenGL.
В 2003 году Microsoft покинула Наблюдательную комиссию по архитектуре OpenGL, показав тем самым, что её больше не интересует судьба этой библиотеки. На SIGGRAPH (конгресс специалистов по графике) и WinHEC (конференция разработчиков аппаратного обеспечения под эгидой Microsoft) представители корпорации заявили, что в Windows Vista OpenGL будет поддерживаться на самом минимальном уровне, чтобы только обеспечить обратную связь с приложениями XP. OpenGL будет накладываться поверх DirectX, что приведёт к резкому снижению производительности. Это вызвало самую настоящую панику в рядах OpenGL, в результате чего многие профессиональные программисты графики перешли на DirectX.
Когда Vista наконец вышла, оказалось, что эти заявления не соответствовали действительности: поставщики создали быстрые устанавливаемые клиентские драйверы (ICD), вернувшие системе нативную поддержку OpenGL. Комиссия по OpenGL разослала письмо с доказательствами, что OpenGL по-прежнему в строю и ничем не уступает Direct3D на Vista. К сожалению, нужный Microsoft результат уже был достигнут: доверие к OpenGL серьёзно пошатнулось.
3. Лживые рекламные кампании
Далеко не все игры поддерживают этот маркетинговый фарс Microsoft. Многие настоящие профессионалы графики, такие как Джон Кармак (John Carmack), относятся к DX10 скептически. Он однажды сказал: «Лично я не стал бы сейчас переходить на что-то вроде DX10. Я бы подождал, когда всё немного утрясётся и для этого появится действительно объективная необходимость».
Так почему же мы используем OpenGL?
Общеизвестно, что вызовы отрисовки в OpenGL быстрее, чем в DirectX. Верить нам на слово необязательно: на этот счёт существуют официальные презентации NVIDIA. Благодаря расширениям поставщиков новые функции видеопроцессоров на OpenGL начинают поддерживаться раньше. OpenGL сразу даёт прямой доступ ко всем новым графическим решениям на всех платформах, тогда как DirectX лишь предоставляет выборочные снимки на новых версиях Windows. Та же мозаичная технология (tesselation), которую Microsoft активно продвигает в DirectX 11, уже три года существует для OpenGL в качестве расширения. Я не знаю, какие новые технологии появятся в ближайшие годы, но я точно знаю, что первыми они появятся в OpenGL.
2. OpenGL кроссплатформенная
Когда Джона Кармака спросили, работает ли Rage под DirectX, он ответил: «Нет, это OpenGL, хотя мы использовали API в стиле D3D [на Xbox 360] и CG для PS3. Вы знаете, технологиям довольно неинтересно, какой вы используете API и какого поколения ваши технологии. API интересуется буквально несколько файлов, а миллионы строк кода совершенно безразличны к вашей платформе». Если можно достичь всех платформ с OpenGL, то зачем себя искусственно ограничивать, привязываясь к DirectX?
3. У OpenGL больше перспектив на игровом рынке
Для понижения цен и повышения качества необходима конкуренция. Монополия Microsoft на игровом рынке очень вредна и игрокам, и разработчикам.
Cможет ли OpenGL вернуть утраченные позиции?
В 1997 году была очень похожая ситуация. Microsoft начала агрессивную рекламную кампанию в пользу Direct3D, и однажды утром все проснулись и узнали, что она и быстрее, и лучше, чем OpenGL. Ситуация стала меняться после того, как Крис Хэкер (Chris Hecker) опубликовал открытое письмо против DirectX. Вскоре после этого Джон Кармак опубликовал свою знаменитую оду OpenGL, которую тут же подкрепил делом: перевёл все игры Id Software на OpenGL. Так он раз и навсегда доказал, что DirectX совершенно необязательна для трёхмерных игр высшей категории.
Однако за последние несколько лет этот урок оказался подзабыт. Большинство игровых разработчиков либо поддались чарам маркетологов Microsoft, либо утонули в порочных кругах рыночной конъюнктуры. Настало время отбросить пустые рекламации и модные тренды и посмотреть в глаза правде. Если вы пишете под DirectX, вам приходится либо брать слабую и раздутую DX9, либо жертвовать значительной частью пользовательской базы с DX10 и 11.
С другой стороны, если вы пишете под OpenGL, вы получаете более быструю и мощную графику, чем в DirectX 11, причём на всех версиях Windows, Mac и Linux, а также PS3, Wii, PSP, DS и iPhone. Кроме того, вы получаете всё это в рамках динамично развивающегося стандарта WebGL, который вполне может стать базовым для браузерных игр следующего поколения.
Сравнительный тест DirectX 11, OpenGL и Vulkan
На минувшей неделе был представлен API Vulkan, о широкой поддержке которого заявили AMD и NVIDIA. Новый графический интерфейс разрабатывал Khronos Group, консорциум, основанный в 2000 году. Khronos Group отвечает за разработку и поддержку открытых стандартов в сфере мультимедийных приложений на разных платформах и устройствах. Консорциум поддерживают AMD и NVIDIA, а также многие другие компании.
На минувшей неделе была ратифицирована финальная версия 1.0 API Vulkan. AMD и NVIDIA представили соответствующие бета-драйверы. AMD заранее выпустила бета-версию Radeon Software еще 14 февраля. NVIDIA представила драйвер GeForce 356.39, который тоже ориентирован на поддержку API Vulkan.
Подход API Vulkan очень похож на API Mantle. Суть заключается в том, чтобы разработчики получили более глубокий доступ к «железу», чтобы выжать из него максимум. Такой подход позволяет максимально избежать существующих «узких мест». С другой стороны, разработчики должны точно знать, что они делают – например, при работе с памятью. Интерфейс OpenGL не так популярен, как DirectX, но позволяет выжать больше.
Интерфейс API Vulkan в версии 1.0 поддерживается под Windows 7, Windows 8.1, Windows 10, Android и Linux. Разработчики игр пока что не объявили о поддержки в конкретных играх, но здесь стоит дождаться Games Developer Conference, которая будет проводиться с 14 по 18 марта в Сан-Франциско. Из игровых движков пока есть информация о Source 2, который уже поддерживает API Vulkan. Процесс отладки облегчается поддержкой Valve, LunarG и Codeplay.
The Talos Principle
Хорошо, но какая игра или движок поддерживают API Vulkan? Игра The Talos Principle разрабатывалась компанией Croteam, которая и в прошлом была известна поддержкой многих графических API. И в последней итерации игра The Talos Principle не стала исключением – она поддерживает DirectX 9, DirectX 11, OpenGL и теперь Vulkan. Для студии разработчиков Vulkan является пробным шаром, хотя API Vulkan доступен в версии 1.0, поддержка пока находится в бета-стадии. На добавление поддержки разработчики Croteam затратили порядка трех месяцев. Но универсальный характер API позволяет вскоре представить вариант Linux.
API Vulkan теоретически совместим с несколькими платформами – но пока что тесты и сравнения можно провести только под Windows, причем здесь имеются свои ограничения. Реализация пока остается на очень раннем этапе. Путь рендеринга DirectX 11 совершенствовался многие годы, поэтому потенциала для оптимизации здесь уже нет. Здесь ситуация больше зависит от разработчиков драйверов, а именно AMD и NVIDIA. Игра The Talos Principle стала первой с поддержкой Vulkan. Поэтому пока нет возможности сделать сравнительный тест для оценки хорошей или плохой реализации поддержки.
Новые технологии первое время реализуются в примерах, подготовленных производителями. В случае DirectX 12 акцент был выставлен на Draw Calls, тот же тест 3DMark DirectX 12 опирается только на измерение производительности Draw Calls, игры DirectX 12, подобные Star Wars, тоже пытаются задействовать подобную нагрузку. Но The Talos Principle не так сильно зависит от высокой скорости Draw Call, чтобы низкоуровневый API дал большую разницу.
Поддержка API Vulkan версии 1.0 находится на ранней стадии, то же самое касается драйверов AMD и NVIDIA. Оба драйвера, по сути, относятся к бета-версиям, именно так их рассматривают производители GPU. Здесь обычно нет новых улучшений производительности или поддержки новых технологий, так что мы получаем шаг назад. Но как только определенный уровень разработки будет достигнут, драйверы обоих разработчиков GPU получат поддержку Vulkan в финальной версии. Когда это произойдет – не совсем понятно. Но пока ключевые приложения не используют Vulkan и игры с поддержкой API находятся в состоянии бета-версии, так что разработчики GPU могут спокойно дорабатывать свои драйверы.
Для тестов мы взяли нашу тестовую систему для видеокарт. Драйверы видеокарт AMD и NVIDIA мы уже описали выше. В настройках мы выставили максимальный уровень графики, но при этом протестировали и низкие разрешения вплоть до 1.280 x 720 пикселей, чтобы увеличить производительность Draw Call.
Как можно видеть по результатам, API Vulkan дает существенный прирост по сравнению с OpenGL. Но до производительности DirectX 11 новый API не дотягивает. Тому есть несколько причин. С одной стороны, разработка под Vulkan находится в ранней стадии. Это касается и самого API, и драйвера, и игры The Talos Principle. По сравнению с OpenGL новый интерфейс позволяет освободить часть ресурсов и избежать «узких мест». Но DirectX много лет совершенствовался до текущего уровня. В любом случае, потенциал у API Vulkan очень хороший.
Если погрузиться в детали, то визуальных отличий между API Vulkan и DirectX 11 мы не обнаружили. Так что путь рендеринга очень хорошо адаптирован. У текущей реализации The Talos Principle видеокарты с 2 Гбайт памяти получают падение производительности, вероятно, из-за не самой эффективной работы с памятью. Как и Mantle и DirectX 12, API Vulkan может обращаться к ресурсам памяти на более глубоком уровне – сей факт можно рассматривать как преимущество, но он может стать и недостатком, если разработчики не смогут эффективно использовать память.
Несколько разочаровала ошибка в текущем драйвере NVIDIA, из-за которой после каждого теста приходилось перезагружать систему. Без перезагрузки игра «вылетала». Хотя с драйвером AMD мы не обнаруживали подобной ошибки.
Нынешняя реализация API Vulkan кажется обещающей. Пока что для игр на настольных ПК она будет не такой актуальной, поскольку рынок DirectX 11 и 12 очень велик, и по сравнению с тем же DirectX 12 затраты на реализацию могут быть слишком велики, а отдача слишком мала. Но если игры необходимо запускать на разных платформах с разными аппаратными требованиями, Vulkan может сыграть важную роль. В любом случае, следует дождаться реакции со стороны разработчиков игр, иначе мы получаем проблему курицы и яйца, из которой сложно выйти.