OpenGL Compute ShadersとQt GUIの融合：QOpenGLExtraFunctions::glDispatchCompute()で実現する革新的なアプリケーション
QOpenGLExtraFunctions::glDispatchCompute() 関数は、OpenGL Compute Shadersを実行するために使用されます。Compute Shadersは、汎用的なGPU計算を実行するために設計されたシェーダープログラムです。
関数詳細
void glDispatchCompute(GLuint num_groups_x, GLuint num_groups_y, GLuint num_groups_z);
num_groups_z: Z軸方向に実行されるワークグループの数を指定します。num_groups_y: Y軸方向に実行されるワークグループの数を指定します。num_groups_x: X軸方向に実行されるワークグループの数を指定します。
ワークグループサイズ
各ワークグループは、ローカルワークグループメモリに割り当てられるスレッドの集合です。ワークグループサイズは、glGetInteger 関数を使用して取得できます。
GLint work_group_size[3];
glGetInteger(GL_MAX_COMPUTE_WORK_GROUP_SIZE, work_group_size);
使用例
// Compute Shaderを実行する
QOpenGLExtraFunctions glFuncs(context);
glFuncs.initializeOpenGLFunctions();
// ワークグループサイズを取得
GLint work_group_size[3];
glGetInteger(GL_MAX_COMPUTE_WORK_GROUP_SIZE, work_group_size);
// ワークグループの数を計算
GLuint num_groups_x = 1024 / work_group_size[0];
GLuint num_groups_y = 1024 / work_group_size[1];
GLuint num_groups_z = 1;
// Compute Shaderを実行
glFuncs.glDispatchCompute(num_groups_x, num_groups_y, num_groups_z);
注意事項
- ワークグループサイズは、ハードウェアによって制限される場合があります。
- Compute Shadersを実行するには、適切なシェーダープログラムをコンパイルし、リンクする必要があります。
glDispatchCompute()関数は、OpenGL ES 3.1以降またはOpenGL 4.3以降でのみ使用できます。
上記以外にも、QOpenGLExtraFunctions クラスには、OpenGL拡張機能に関わる様々な関数が用意されています。詳細については、Qtドキュメントを参照してください。
プロジェクト設定
- OpenGLライブラリをプロジェクトに追加します。
- OpenGLサポートを有効にします。
- Qt Creatorで新しいプロジェクトを作成します。
シェーダープログラム
compute_shader.comp という名前のCompute Shaderプログラムを作成します。
#version 430
layout(local_size_x = 16, local_size_y = 16, local_size_z = 1) in;
void main() {
// Compute Shaderの処理
}
メインウィンドウ
メインウィンドウクラスを作成し、以下のコードを追加します。
#include <QOpenGLWidget>
#include <QOpenGLExtraFunctions>
class MainWindow : public QOpenGLWidget {
public:
MainWindow(QWidget *parent = 0);
protected:
void initializeGL();
void paintGL();
private:
QOpenGLExtraFunctions glFuncs;
};
MainWindow::MainWindow(QWidget *parent) : QOpenGLWidget(parent) {
}
void MainWindow::initializeGL() {
glFuncs.initializeOpenGLFunctions();
// シェーダープログラムのコンパイルとリンク
GLuint computeShader = glCreateShader(GL_COMPUTE_SHADER);
glShaderSource(computeShader, 1, &computeShaderSource, NULL);
glCompileShader(computeShader);
GLuint program = glCreateProgram();
glAttachShader(program, computeShader);
glLinkProgram(program);
// ワークグループサイズを取得
GLint work_group_size[3];
glGetInteger(GL_MAX_COMPUTE_WORK_GROUP_SIZE, work_group_size);
// ワークグループの数を計算
GLuint num_groups_x = 1024 / work_group_size[0];
GLuint num_groups_y = 1024 / work_group_size[1];
GLuint num_groups_z = 1;
}
void MainWindow::paintGL() {
// Compute Shaderを実行
glFuncs.glDispatchCompute(num_groups_x, num_groups_y, num_groups_z);
}
上記コードは、Compute Shaderプログラムをコンパイルし、リンクし、glDispatchCompute() 関数を使用して実行する基本的な例です。実際のアプリケーションでは、独自のCompute Shaderプログラムを作成し、必要な処理を実行する必要があります。
QOpenGLExtraFunctions::glDispatchCompute() 関数は、OpenGL Compute Shadersを実行するために使用されます。しかし、この関数はOpenGL ES 3.1以降またはOpenGL 4.3以降でのみ使用できます。
古いバージョンのOpenGLを使用している場合、またはより柔軟な制御が必要な場合は、以下の代替方法を検討することができます。
glUseProgram() と glDrawArrays() の組み合わせ
この方法は、Compute Shaderプログラムを通常のシェーダープログラムとして扱い、glUseProgram() 関数を使用してアクティブ化し、glDrawArrays() 関数を使用して実行します。
// Compute Shaderプログラムをアクティブ化
glUseProgram(computeProgram);
// Compute Shaderを実行
glDrawArrays(GL_POINTS, 0, 1);
この方法は、古いバージョンのOpenGLでも使用できますが、glDispatchCompute() 関数よりも非効率的になる可能性があります。
glProgramBinary の使用
この方法は、バイナリ形式でシェーダープログラムをロードし、glProgramBinary() 関数を使用して実行します。
// シェーダープログラムをバイナリ形式でロード
GLuint binarySize;
GLubyte *binaryData;
glGetProgramBinary(computeProgram, &binarySize, NULL, NULL);
binaryData = new GLubyte[binarySize];
glGetProgramBinary(computeProgram, &binarySize, binaryData, NULL);
// バイナリ形式のシェーダープログラムを実行
glProgramBinary(GL_COMPUTE_SHADER, 1, &computeProgram, &binarySize, binaryData);
glUseProgram(computeProgram);
glDrawArrays(GL_POINTS, 0, 1);
// バイナリデータの解放
delete[] binaryData;
この方法は、古いバージョンのOpenGLでも使用できますが、複雑でコードが煩雑になる可能性があります。
OpenGL Compute Shadersライブラリの使用
OpenGL Compute Shadersライブラリは、Compute Shadersを実行するための高レベルなAPIを提供します。これらのライブラリは、glDispatchCompute() 関数よりも使いやすく、古いバージョンのOpenGLでも使用できます。
代表的なOpenGL Compute Shadersライブラリ
上記の代替方法は、それぞれ長所と短所があります。最適な方法は、使用しているOpenGLのバージョンとアプリケーションの要件によって異なります。
- OpenGL Compute Shadersは比較的新しい技術であり、対応していないハードウェアやドライバがある場合があります。
- 上記のコードはあくまで例であり、実際のアプリケーションでは状況に応じて修正する必要があります。