Qt GUI と QOpenGLExtraFunctions::glDispatchCompute()

Qt GUI と QOpenGLExtraFunctions::glDispatchCompute() のプログラミング解説

Qt GUI と QOpenGLExtraFunctions

Qt GUI は、ウィジェットと呼ばれるオブジェクトを使って GUI を構築します。 ウィジェットには、ボタン、ラベル、テキストボックスなど、さまざまな種類があります。 ウィジェットを組み合わせて、複雑な GUI を構築することができます。

QOpenGLExtraFunctions は、Qt に OpenGL 機能へのアクセスを提供するライブラリです。 OpenGL は、3D グラフィックスや GPGPU プログラミングのための API です。 QOpenGLExtraFunctions を使って、Qt アプリケーションに OpenGL 機能を追加することができます。

glDispatchCompute() は、OpenGL Compute Shaders を実行するための関数です。 Compute Shaders は、GPU 上で並列処理を行うためのプログラムです。 glDispatchCompute() を使って、Compute Shaders を実行し、GPU の処理能力を最大限に活用することができます。

プログラミング例

#include <QtOpenGL>

// Compute Shader のコード
const char *computeShaderSource =
  "layout(local_size_x = 1024, local_size_y = 1, local_size_z = 1) in;"
  "void main() {"
  "  // ... "
  "}";

// OpenGL コンテキストを取得
QOpenGLContext *context = QOpenGLContext::currentContext();

// QOpenGLExtraFunctions オブジェクトを作成
QOpenGLExtraFunctions functions(context);

// Compute Shader を作成
GLuint computeShader = functions.glCreateShader(GL_COMPUTE_SHADER);

// Compute Shader のソースコードを設定
functions.glShaderSource(computeShader, 1, &computeShaderSource, nullptr);

// Compute Shader をコンパイル
functions.glCompileShader(computeShader);

// Compute Shader プログラムを作成
GLuint program = functions.glCreateProgram();

// Compute Shader プログラムに Compute Shader をアタッチ
functions.glAttachShader(program, computeShader);

// Compute Shader プログラムをリンク
functions.glLinkProgram(program);

// Compute Shader プログラムを使用
functions.glUseProgram(program);

// ワークグループサイズを設定
functions.glDispatchCompute(1024, 1, 1);

// ...

// Compute Shader プログラムの使用を終了
functions.glUseProgram(0);

// Compute Shader プログラムを削除
functions.glDeleteProgram(program);

// Compute Shader を削除
functions.glDeleteShader(computeShader);

この例では、Compute Shader を作成し、コンパイルし、実行しています。 Compute Shader のコードは、必要に応じて変更することができます。

Qt GUI と QOpenGLExtraFunctions::glDispatchCompute() を使って、OpenGL Compute Shaders を実行することができます。 Compute Shaders を使って、GPU の処理能力を最大限に活用することができます。

Qt GUI と QOpenGLExtraFunctions::glDispatchCompute() のサンプルコード

シンプルな Compute Shader

#include <QtOpenGL>

const char *computeShaderSource =
  "layout(local_size_x = 1024, local_size_y = 1, local_size_z = 1) in;"
  "void main() {"
  "  // ... "
  "}";

// ...

// Compute Shader を実行
functions.glDispatchCompute(1024, 1, 1);

テクスチャ処理

#include <QtOpenGL>

// 入力テクスチャ
GLuint inputTexture;

// 出力テクスチャ
GLuint outputTexture;

const char *computeShaderSource =
  "layout(local_size_x = 1024, local_size_y = 1, local_size_z = 1) in;"
  "uniform sampler2D inputTexture;"
  "uniform image2D outputTexture;"
  "void main() {"
  "  // ... "
  "}";

// ...

// 入力テクスチャを設定
functions.glBindImageTexture(0, inputTexture, 0, GL_FALSE, 0, GL_READ_ONLY, GL_RGBA8);

// 出力テクスチャを設定
functions.glBindImageTexture(1, outputTexture, 0, GL_FALSE, 0, GL_WRITE_ONLY, GL_RGBA8);

// Compute Shader を実行
functions.glDispatchCompute(1024, 1, 1);

この例では、テクスチャ処理を行う Compute Shader を実行しています。 入力テクスチャと出力テクスチャを設定し、Compute Shader を実行することで、テクスチャデータ処理を行うことができます。

レイマーチング

#include <QtOpenGL>

// カメラ情報
struct Camera {
  glm::vec3 position;
  glm::vec3 direction;
  glm::vec3 up;
};

// シーン情報
struct Scene {
  // ...
};

const char *computeShaderSource =
  "layout(local_size_x = 1024, local_size_y = 1, local_size_z = 1) in;"
  "uniform Camera camera;"
  "uniform Scene scene;"
  "void main() {"
  "  // ... "
  "}";

// ...

// カメラ情報とシーン情報を設定
functions.glUniformBlockBinding(program, 0, 0);
functions.glUniformBlockBinding(program, 1, 1);

// Compute Shader を実行
functions.glDispatchCompute(1024, 1, 1);

この例では、レイマーチングを行う Compute Shader を実行しています。 カメラ情報とシーン情報

Qt GUI と QOpenGLExtraFunctions::glDispatchCompute() 以外の方法

QOpenGLShaderProgram

#include <QtOpenGL>

// Compute Shader のコード
const char *computeShaderSource =
  "layout(local_size_x = 1024, local_size_y = 1, local_size_z = 1) in;"
  "void main() {"
  "  // ... "
  "}";

// ...

// Compute Shader プログラムを作成
QOpenGLShaderProgram program;

// Compute Shader のソースコードを設定
program.addShaderFromSourceCode(QOpenGLShader::Compute, computeShaderSource);

// Compute Shader プログラムをリンク
program.link();

// Compute Shader プログラムを使用
program.bind();

// ワークグループサイズを設定
program.setUniformValue("workGroupSize", QVector3D(1024, 1, 1));

// Compute Shader を実行
program.dispatchCompute(1024, 1, 1);

// ...

// Compute Shader プログラムの使用を終了
program.release();

QOpenGLComputeShader クラスを使って、Compute Shader を実行することができます。 QOpenGLComputeShader クラスは、OpenGL Compute Shader を抽象化したクラスです。

#include <QtOpenGL>

// Compute Shader のコード
const char *computeShaderSource =
  "layout(local_size_x = 1024, local_size_y = 1, local_size_z = 1) in;"
  "void main() {"
  "  // ... "
  "}";

// ...

// Compute Shader を作成
QOpenGLComputeShader computeShader;

// Compute Shader のソースコードを設定
computeShader.setSourceCode(computeShaderSource);

// Compute Shader をコンパイル
computeShader.compile();

// Compute Shader プログラムを使用
computeShader.bind();

// ワークグループサイズを設定
computeShader.setUniformValue("workGroupSize", QVector3D(1024, 1, 1));

// Compute Shader を実行
computeShader.dispatch(1024, 1, 1);

// ...

// Compute Shader プログラムの使用を終了
computeShader.release();

その他のライブラリ

Qt 以外にも、OpenGL Compute Shaders を実行するためのライブラリがあります。

これらのライブラリは、Qt よりも高度な機能を提供していますが、Qt よりも複雑で習得難易度が高い場合があります。

Qt GUI と QOpenGLExtraFunctions::glDispatchCompute() 以外にも、OpenGL Compute Shaders を実行するための方法はいくつかあります。 それぞれの方法にはメリットとデメリットがあり、用途に応じて最適な方法を選択する必要があります。