从应用程序到硬件级别的GUI输出如何工作？

Question

我正在研究GUI编程，并做了一些研究。现在对我来说，并不是所有的事情都是清楚的。如果我使用GTK+作为工具包，它如何与显卡通信？

在Linux系统上，我认为应该是GTK --> X Server --(OpenGL)-->图形卡。是这样的吗？

我读到一些GUI直接绘制OpenGL (例如Blender3D)，那么其他应用程序如何绘制它们的GUI？

如果显卡的API(据我所知)只有Direct3D和OpenGL，那么软件渲染和硬件加速之间的区别是什么？

执行“软件渲染”的软件是否可以直接写入显卡的帧缓冲区，从而使OpenGL不受影响？

PS:很抱歉问了这么多问题，但我真的不太明白这一切是如何工作的，谢谢你的每一个回答:)

Answer 1

在Linux系统上我想应该是GTK --> X服务器--(OpenGL)-->图形卡。是这样的吗？

不是的。Linux上的GTK+ goes

                                              /-[ 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)，那么其他应用程序如何绘制它们的GUI？

它只是"Blender“(没有拖尾的3D)。Blender的图形用户界面工具包使用OpenGL作为其唯一的后端，是的。但是图形用户界面不是直接使用OpenGL绘制的，使用起来太麻烦了(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，但没有绑定到Blender (实际上，我最喜欢的项目之一就是提取Blender的图形用户界面工具包，以便可以在独立的项目中使用)。

像GTK+和Qt这样的工具包是为最大限度地提高可移植性而设计的。Blender有幸知道将会有OpenGL可用。为GTK+或Qt开发的应用程序可能能够在非3D功能的系统上运行，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，即绘制到像素图(像素图像)中的软件光栅化器，或者将绘制命令代理到底层图形体系结构。对于Linux上的Cairo，这可能是OpenGL或X11 (核心和XRender协议扩展)。

如果显卡的API(据我所知)只有Direct3D和OpenGL，那么软件渲染和硬件加速之间有什么区别？

OpenGL和Direct3D都不能与图形卡通信。它们与显卡的驱动程序进行通信。因此，你的选择将是，你自己与驱动程序交谈，绕过OpenGL和Direct3D。但是你为什么要这么做呢？太乏味了。

在视窗系统上，你还有GDI和/或WPF (视窗展示基础)来绘制东西，还有Direct2D。

在Linux上，你可以使用X11核心和XRender扩展协议来绘制漂亮的图片。

另一个正在兴起的API是OpenVG，它的目标是标准化所有这些2D绘图API。至少在Linux中，OpenGL和OpenVG已经被选择成为长期唯一可用的抽象绘图API，并使用一些窗口系统来管理帧缓冲区和用户输入。Wayland正在开发中(我完全不喜欢这种设计)和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，这是我认为未来非常重要的事情)，但它需要彻底改造成一些"X12“-清理遗留的繁琐，使其在联系人颜色空间中操作，使连接可转换(以便您可以在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，而不是试图使用锁定屏幕保护程序来阻止访问)。

做“软件渲染”的软件能不能直接写到显卡的帧缓冲区中，这样OpenGL就不会被触动？

而不是在现代操作系统上。但是，操作系统可能会通过一些帧缓冲区API (Linux上的/dev/fb0)提供对图形卡的抽象访问。但是，帧缓冲区是非托管的，所以如果X服务器或Wayland正在运行，这两个服务器中的任何一个都在管理FB的任务中，那就不关你的事了。

Answer 2

做“软件渲染”的软件能不能直接写到显卡的帧缓冲区中，这样OpenGL就不会被触动？

不完全是，或者更准确地说:取决于驱动程序。像XServer (或者Windows和MacOS的等价物)这样的显示系统不使用API，而是描述一个API。具体地称为显示驱动器必须满足的驱动器模型(或者在XServers的情况下称为诸如XAA、EXA、UXA和DRI的多个模型中的一个)。

在这些模型中没有定义的所有事情都必须在“软件”中完成，并在CPU上进行计算。此外，由模型定义的一些操作也可以由驱动程序在CPU上计算。

OpenGL过去是完全独立于这些模型的标准。显卡驱动程序根本不需要实现OpenGL即可供操作系统使用。但随着3D图形的持续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相同的范例。例如，WDDM ( Windows Display Driver Model)完全需要Direct3D 9的支持。