Grundlagen der dreidimensionalen Programmierung auf Basis von DirectX

Inhalt/Gliederung

Vorwort

1 Ziele dieser Arbeit

2 Computergrafik

3 GDI

4 DirectX
4.1 DirectDraw
4.1.1 Hardware Abstraktion Layer
4.1.2 Hardware Emulation Layer
4.2 Direct3D

5 OpenGL

6 Glide

7 Zusammenfassung und Ausblicke

Anhang Quellen

Vorwort

Hinter der Arbeit mit einem Computer steht eine gewisse Ethik, die leider nicht jedem User bewusst ist, der mit einem PC arbeitet. Viele Leute sitzen Tag für Tag in einem Büro und arbeiten an ihren Computer und schreiben seitenlange Words - Texte oder füllen irgendwelche Excel – Tabellen. Ja man kann sagen Sie beherrschen ihr Programm, aber wissen die Personen auch, wie ihr Programm funktioniert, nicht wie man es be- dient, wie es funktioniert. Wieso kommt die Zahl 312,89 genau in die Zelle A345 oder was passiert, wirklich wenn man die Shift – Taste betä- tigt, ein Computer kennt keine Groß- und Kleinschreibung. Aus diesen Gründen mussten die Betriebsysteme für die modernen Schreibmaschinen programmiert werden, das kleine Kind Computer musste die Unterschei- dung der einzelnen Tasten einer Tastertur lernen. Doch damit ist das Bild des Buchstabens, des Zeichens oder der Zahl noch lange nicht auf dem Bildschirm. Der Computer musste es auch lernen die Ausgabe auf ein Entfanggerät, wie einen Monitor oder einen Drucker zu gewährleisten. Gut man kann nicht von einem „Bürohengst“ verlangen, das er weiß, wie sein System funktioniert, doch ein Programmierer sollte dies wissen. Und wie man in der Praxis stehen kann ist der Aufstieg vom DAU (Dümmster anzunehmender User), der sein CD-ROM – Laufwerk als Kaffeetassen- halter benutzt, zum Hacker im eigentlichen Sinn zuschaffen, welcher alle Details eines programmierbaren System erforscht und versucht deren Möglichkeiten auszudehnen, jemand, der euthusisiatisch, sogar obzessiv, programmiert oder lieber ein Programm schreib, als nur über ein anderes zu theoretisierteren. Doch um ein guter Programmierer zuwerden ist es von äußerder Wichtigkeit sein System zukennen und zu wissen was Sys- tem tut.

Deshalb habe ich diese Facharbeit in erster Linie systemtheoretisch auf- gebaut, da ich der Meinung bin, man muss sein System kennen und auch die Vorgänge die in diesem vor sich gehen, um ein guter und dem ent- sprechend professioneller Programmier seinen, denn auch unter den Pro- grammierern gibt es genügend DAU, diese Leute wissen, wie man ein Programm programmiert, aber wissen nicht was ihr Computer in Wirk- lichkeit tut. Der praktische und auch der Teil in dem die Teile der Pro- grammierung ist auf einer CD der Arbeit beigefügt, den Quellcode kann man in durch kleine Änderungen in jeder Programmiersprache nutzen, in dem man den 3D-API in der Programmiersprache als Komponente hinzu- fügt.

1 Ziele dieser Arbeit

Ziel dieser Facharbeit ist es, dem Leser grundlegende Inhalte der Struktu- ren, moderner dreidimensionaler Computergraphiken, am Beispiel von DirectX und OpenGL darzulegen.

Ausgangsfragestellungen für diese Arbeit waren:

- Was ist eine Computergrafik?
- Was ist das GDI?
- Was ist DirectX?
- Was ist OpenGL?
- Was ist Glide?

Am Ende dieser Arbeit sollte also jeder Leser wissen, wie eine dreidi- mensionale Grafik funktioniert und wie so es wichtig ist deren Aufbau genaustes zukennen, denn nach der Erfassung steht natürlich auch der Wusch eine dreidimensionale Animation in seine Programme einzubauen bzw. ein kleines 3D-Spiel zuprogrammieren. Doch eine gezielte dreidi- mensionale Programmierung kann nur erfolgen, wenn man alle Grundla- ge für diese kennt und auch weiß, wie ein Rechner eine dreidimensionale Grafik aufbaut, d.h. man sollte dabei auch über die rechnerinternen Vor- gänge bescheit wissen und auch das Zusammenwirken von Rechner und Betriebssystem dabei im Hinterkopf haben. Denn man ist kein Program- mierer, wenn man nur weiß wie man programmiert, dann ist man nur eine Person die eine Sprache sehr gut sprechen kann, aber ein richtiger Pro- grammierer sollte wissen, was er tut und nicht nur das machen können, er mal im Studium oder im Informatikunterricht gelernt hat, er sollte seine Maschine beherrschen. Dies kann er aber nur, wenn er den Computer auch als solches versteht und weiß wie man ihn beherrscht, dies kann er aber nur wenn er ihn kennt.

2 Computergrafik

Man kann eigentlich grundsätzlich davon aus gehen, dass man alles, was man im täglichen Computeralltag an grafischen Elementen, wie z.b. I- cons, Bilddateien, Flash usw., austretende, als Computergrafik bezeich- nen kann. An dieser Stelle sollte man, aber darauf hinweisen, dass es doch zwei grundlegende Unterscheidungsmöglichkeiten gibt. Man unter- teilt Computergrafiken nämlich in Pixel- und Vektorgrafiken.

Computergrafik

Pixel, die Abkürzung für Picture Element (dt.: Bildpunkt), ist das kleinstmögliche Bildelement in einer digitalen Grafik. Eine Pixelgrafik ist somit eine Grafik bei der die Fläche, auch Bitmap genannt, in einzelne Bildpunkte unterteilt wird. Diese Bildpunkte bestehen auch mehreren farbigen Punkten. Man kann daraus schon erkennen, das eine solche Gra- fik einen enormen Speicherplatz benötigt. Aber gerade im Bereich der digitalen Fotografie ist ein solches Verfahren wesentlich besser geeignet, als das Speicherverfahren der Vektorgrafik.

Bei einem Vektor spricht man von einer geraden Linie (Strecke) mit Län- ge und Richtung, bei diese durch Angabe von Anfangs- und Endpunkt definiert wird. Daher bracht man nicht, wie bei einer Pixelgrafik die ein- zelne Pixel speichern, sondern nur eine mathematische Beschreibung der Objekte. Bespiel dafür wäre zum Beispiel, dass bei einer Linie nur An- fangs- und Endpunkt und bei einem Kreis nur Mittelpunkt und Radius gespeichert werden. Daher kann man Vektorgrafiken auch ohne Quali- tätsverluste vergrößern bzw. verkleinern.

3 GDI

Für die Ausgabe von Grafiken und Texten auf den Bildschirm ist ein Teil von Windows zuständig, der als Grafical Device Interface, kurz GDI, bezeichnet wird. Das GDI enthält eine Vielzahl von Grafikmethoden, welche im allgemein relativ schnell von Windows aus geführt werden können. GDI–API - Funktionen sind unter anderen Polygon, Polyline und RoundRect. Allen GDI–API–Funktionen ist folgendes gemeinsam, sie zeichnen direkt in einen Gerätkontext. Man muss sich den Gerätekontext als den aktuellen Zustand der Innenfläche eines Formulars oder eines Bildfeldes vorstellen, in den der Gerätekontext eine Vielzahl von Attribu- ten besitzt, wie z.B. ein Hindergrundmuster, eine Zeichenfarbe, eine Zei- chenstärke oder eine Farbpalette. Das GDI besitzt keinen direkten Zugriff auf die Hardware der Grafikkarte.