GUI输出是如何从应用程序到硬件级别工作的

Question

我正在学习GUI编程，并做了一些研究。现在我并不是什么都清楚。如果我使用GTK+作为工具包，它如何与显卡通信？

在Linux系统上，我想它应该是GTK-->X Server--（OpenGL）-->图形卡。这是对的吗？

我读到一些GUI直接绘制OpenGL（例如Blender3D），那么其他应用程序是如何绘制GUI的呢？

如果图形卡的唯一API（据我所知）是Direct3D和OpenGL，那么软件渲染和硬件加速之间有什么区别？

做"软件渲染"的软件可以直接写入显卡的帧缓冲区，这样OpenGL就不会受到影响吗？

PS：很抱歉有这么多问题，但我真的不明白这一切是怎么回事，谢谢你的每一个回答：）

Answer 1

在Linux系统上，我想它应该是GTK-->X Server--（OpenGL）-->图形卡。这是对的吗？

没有。Linux上的GTK+进入

                                              /-[ if direct context ]---
                     /--> OpenGL >-+---------/                           
                    /              -> GLX -+--------------              
                   /                                                     
GTK+ -+-> cairo >-+---> XRender >--------+----+-> Xlib/xcb >-+-> X server >-+-> Kernel Module >-> GPU
                  –-> pixmap buffer >–/
                                      /
         ―---------------------------/

我读到一些GUI直接绘制OpenGL（例如Blender3D），那么其他应用程序是如何绘制GUI的呢？

它只是"Blender"（没有拖尾3D）。Blender的GUI工具包使用OpenGL作为其唯一的后端，是的。但是图形用户界面并不是直接使用OpenGL绘制的，这将非常麻烦（使用OpenGL调用绘制每个按钮。Blender有自己的工具包。GTK+是另一个工具包，但与Blender无关（事实上，我最喜欢的项目之一是提取Blender的图形用户界面工具包，以便在独立项目中使用）。

像GTK+和Qt这样的工具包是为最大限度的便携性而设计的。Blender有幸知道，将有OpenGL可用。为GTK+或Qt开发的应用程序可能能够在不支持3D的系统上运行，因此GTK+和Qt的设计允许在许多后端上运行。GTK+现在的版本3使用Cairo图形引擎作为图形后端。Cairo也有自己的后端，即软件光栅化器绘制成像素图（像素图像），或将绘制命令代理到底层图形架构。在Linux上的Cairo的情况下，它可能是OpenGL或X11（核心和XRender协议扩展）。

如果图形卡的唯一API（据我所知）是Direct3D和OpenGL，那么软件渲染和硬件加速之间有什么区别？

OpenGL和Direct3D都无法与图形卡通信。他们与显卡的驱动程序交谈。因此，你可以选择绕过OpenGL和Direct3D与自己的驱动程序对话。但你为什么要这么做？这很乏味。

此外，在Windows上，还可以使用GDI和/或WPF（Windows Presentation Foundation）绘制内容，以及Direct2D。

在Linux上，您可以使用X11内核和XRender扩展协议来绘制漂亮的图片。

另一个正在崛起的API是OpenVG，它旨在标准化所有这些2D绘图API。至少在Linux中，OpenGL和OpenVG已被选为长期唯一可用的抽象绘图API，并具有一些用于管理帧缓冲区和用户输入的窗口系统。Wayland正在开发中（我完全不喜欢这种设计），X11，我认为它的设计更好（它是一个面向网络的系统，允许分布式执行，我认为这在未来非常重要），但需要对一些"X12"进行彻底的改造——清除遗留的缺陷，使其在接触色空间中运行，使连接可转换（这样你就可以在X服务器之间迁移客户端，这将允许一种更优雅的锁定X会话的方式，通过将所有连接移动到某个影子X服务器中，而不是试图使用锁定屏幕保护程序阻止访问）。

做"软件渲染"的软件可以直接写入显卡的帧缓冲区，这样OpenGL就不会受到影响吗？

不是在现代操作系统上。然而，操作系统可能会通过某些帧缓冲区API（Linux上的/dev/fb0）为您提供对图形卡的抽象访问。然而，帧缓冲区是不受管理的，所以如果有X服务器或Wayland在运行，这两个服务器中的任何一个都负责管理FB，那么这与您无关。

Answer 2

做"软件渲染"的软件可以直接写入显卡的帧缓冲区，这样OpenGL就不会受到影响吗？

不完全，或者更准确地说：取决于驾驶员。像XServer这样的显示系统（或Windows和MacOS的等价物）不使用API，而是描述API。具体称为显示驱动程序必须满足的驱动程序模型（或者在XServers的情况下，是XAA、EXA、UXA和DRI等多个模型中的一个）。

这些模型中没有定义的所有内容都必须在"软件"中完成，并在CPU上进行计算。此外，一些由模型定义的操作也可能由驱动程序在CPU上计算。

OpenGL过去是与这些模型完全分离的标准。图形驱动程序根本不需要实现OpenGL就可以被操作系统使用。但是，随着3D图形的不断集成和现代操作系统中更复杂的合成，驱动程序模型已经开始依赖于与OpenGL和Direct3D相同的范式。例如，WDDM（Windows显示驱动程序模型）完全需要Direct3D9支持。