Was ist ein OpenGL® Quad?
Ein OpenGL®-Viereck oder Quad in der Computerprogrammierung und -grafik ist eine dreidimensionale (3D-) Form, auch Polygon genannt, die vier Seiten und vier Punkte hat. Jeder 3D-Punkt, der eine einzelne Ecke des OpenGL® Quad darstellt, wird als Scheitelpunkt bezeichnet und mit drei Zahlen definiert, die sich auf seine Koordinatenposition im virtuellen Raum beziehen. Die Eckpunkte eines Quad müssen keinen wirklichen Richtlinien folgen, außer dass es vier von ihnen geben muss; Andernfalls wird die Form in Abhängigkeit von der tatsächlichen Anzahl als Polygon, Dreieck oder Linie bezeichnet. Die meisten digitalen Bilder sind eigentlich rechteckig, daher kann ein OpenGL®-Quad eine nützliche Form sein, da das Bild ohne große Verzerrung und ohne die Notwendigkeit komplexer Texturabbildungstechniken auf die Oberfläche texturiert werden kann. Die Verwendung eines OpenGL®-Quad hat jedoch seine eigenen Herausforderungen, und es gibt eine Reihe von Programmierern, die vorschlagen, ihre Verwendung vollständig zu vermeiden.
Eine der Hauptanwendungen für ein OpenGL®-Quad ist das Zeichnen von zweidimensionalen (2D-) Grafiken in einer 3D-Umgebung. Dies kann erfolgen, um eine statische Benutzeroberfläche über eine 3D-Szene zu legen oder um 2D-Grafiken mit OpenGL® zu emulieren. Obwohl OpenGL® für das Rendern komplexer 3D-Grafiken konzipiert wurde, wird es aufgrund der Optimierungen und Flexibilität der abstrakten Programmierschnittstelle (API) häufig in 2D-Grafikanwendungen verwendet. Ein Quad wird beim Rendern von 2D-Grafiken sehr wichtig, da es sich um eine natürliche 3D-Darstellung eines digitalen Bildes handelt. Das bedeutet, dass ein Quad proportional zur Abmessung des Bildes angepasst werden kann. Sobald die Proportionen übereinstimmen, kann das Bild texturiert oder auf die Oberfläche des Quad projiziert werden, ohne dass Verzerrungen, Umhüllungen oder Zwischenräume entstehen.
Ein Vorteil der Verwendung eines OpenGL® Quad ist laut einigen Programmierern, dass es einfacher ist, darüber nachzudenken, wie Quads zusammenpassen, als zu visualisieren, wie Dreiecke zusammenpassen. Dies gilt insbesondere für einfache 3D-Formen wie einen Würfel, bei dem jedes Quad eine einzelne Seite ist. Bei einem Dreiecksnetz müssen zwei Dreiecke kombiniert werden, um ein Quad zu bilden, das eine Seite ergibt. Quads können auch leicht manipuliert werden, um Perspektiven oder andere Effekte in einer Umgebung zu erzeugen, die entweder gekachelt oder an einem Raster ausgerichtet ist.
Die Verwendung eines OpenGL® Quad hat einige Nachteile, hauptsächlich aufgrund der Algorithmen, mit denen ein Bild im Fenster des Betrachters gerastert oder gerendert wird. Eines der am häufigsten auftretenden Probleme besteht darin, dass die Rendering- oder Grafikkarte das Quad zu jedem Zeitpunkt aus Gründen der Effizienz in zwei Dreiecke aufteilen kann. Dies kann dazu führen, dass eine ansonsten glatte Oberfläche plötzlich eine sichtbare Verzerrung in einem Winkel durch das Viereck aufweist, in dem sich die Kanten der Dreiecke treffen.
Ein weiteres Problem, das häufiger als gedacht auftritt, hat mit dem Abschneiden eines OpenGL®-Quad zu tun. Befindet sich ein Teil des Quad außerhalb des Anzeigefensters außerhalb des Bildschirms, schneidet der Renderer das Quad so ab, dass nur der sichtbare Teil gerendert wird. Dies bedeutet, dass ein Quad geometrisch geschnitten wird. Wenn das Quad vor dem Abschneiden in zwei Dreiecke umgewandelt wurde, wird jedes Dreieck zu einem Quad, und jedes dieser Quads wird in zwei Dreiecke umgewandelt. Dies führt zu einer Situation, in der ein abgeschnittenes Quad plötzlich aus vier Dreiecken anstelle eines glatten Quad besteht.
Die Komplexität und Unvorhersehbarkeit der Umwandlung von Quads in Dreiecke führt zu unerwünschten Ergebnissen. Dazu gehören Verzerrungen in Texturen, Ungenauigkeiten oder Artefakte im Zusammenhang mit der Scheitelpunktbeleuchtung und manchmal fehlende Polygonflächen. Aus diesen Gründen verzichten einige Programmierer ganz auf den Einsatz von Quads.