分享未来操作系统的3D之争

xuanny Post at 2007/6/21 11:57:00
在微软Windows Vista、Sun Looking Glass、下一代Gnome和苹果Leopard的联手拉动下,操作系统即将全面进入三维时代,届时个人用户将享受到逼真眩目的操作体验,一个全新的3D桌面时代即将来临!

早在上个世纪九十年代中期,操作系统便实现了图形界面操作,在当时这被认为是操作系统发展史上的巨大革命。相比文本命令行操作,图形界面带来直观的操作,大大降低了使用计算机的门槛,也正是在图形界面普及之后,PC机才得以真正脱离狭窄的专业领域,进入一 个前所未有的广阔发展空间!
到 今天为止,图形界面系统已经走过将近十年的漫漫历程,在此期间Windows操作系统和Mac OS不断发展完善,操作系统的界面也不断走向成熟。而除了这两大体系之外,Linux/UNIX体系的Gnome、KDE两大桌面环境也获得了迅猛的发 展。未来,操作系统的图形界面将站在一个全新的水平上,提供更为出色的视觉观感,并将全面引入3D渲染技术。
在这一领域,微软正 在开发的 Windows Vista系统(原开发代号为Longhorn)被认为是典型的代表。Vista大量运用了显卡的3D运算能力,以构建出漂亮的半透明、阴影视觉效果及富 动态感的窗体,在界面观感方面有了质的飞跃。与此同时,Sun公司也发起了一个名为“Looking Glass”的开源3D桌面开发项目,该项目基于Java技术,力图构建出一个3D程度更高的桌面图形环境。此外,Gnome桌面项目也不甘寂寞,开发者 将于Gnome 3.0环境中实现3D渲染支持,以期在视觉界面方面不落后于微软的Vista,避免Linux在新一轮的竞争中落后。而除了这三大项目之外,苹果公司代号 为“Leopard”的下一代Mac OS系统同样将引入3D渲染,但出于保密理由,苹果对Leopard的细节守口如瓶,我们也无从知晓Leopard的真实情况,因此在本文中,我们只能向 大家介绍Windows Vista、Sun Looking Glass和下一代Gnome的技术状态。

Windows Vista:
最彻底的3D操作系统
作为首款大规模引入3D技术的操作系统,Windows Vista刚进入开发阶段就新闻不 断,尽管由于开发进度的问题,微软相继放弃了诸如WinFX文件系统等先进特性,但在图形界面方面Vista没有任何缩水。Vista可提供 “Classic”、“To Go”、“Aero Express”和“Aero Glass”等四个不同的视觉界面,其中等级最高的Aero Glass界面最为炫丽,其特点就是充分利用了GPU的3D渲染能力,可实现不同程度的半透明窗口、富动态感的阴影特效、半透明特效以及光影折射效果,同 时Aero Glass还可以支持3D模式的窗口显示,比如将并排的窗口“向屏幕内”旋转,桌面宛如处在一个三维空间中,用户可直接选择所要的窗口内容,而不需要在任 务栏分组中进行繁琐的多次点击。
为了让Vista能够随心所欲调用GPU资源,微软对图形API进行改良——Vista必须与“Windows Graphics Foundation”(简称WGF)图形API协同方可实现Aero Glass效果,而WGF则是在DirectX 9.0c的基础上发展而来,它的主要改变就是增加了Virtualization虚拟化技术支持,但该技术与Intel应用于处理器中的虚拟化技术并不相 同,WGF 1.0 API的虚拟化技术只是针对GPU,它允许GPU同时渲染两个不相干的3D任务。在传统PC体系中,GPU同时渲染双任务很少派上用场,因为不可能有人会 同时进行两套不同的3D游戏。但在Vista系统中,这一切非常必要——GPU必须负责渲染操作系统的 图形界面,当你打开Word、打开txt文档时就需要系统调用GPU资源,这样GPU必须始终负责操作系统3D视觉环境的运行时态生成,即便在3D游戏模 式下,GPU仍然必须将一部分资源用于操作系统,这样的话,GPU便要求具备同时渲染多个任务的能力, 这也是WGF API中虚拟化技术存在的基础。
其他操 作系统不同,Vista拥有纯3D的操作界面——无论是底层还是用户接口,Vista都忠实地采用了3D技术。在WGF 1.0 API的基础上,Vista的Avalon显示引擎便能够正常的工作。Avalon引擎是Vista系统的中间件,它负责创建3D模式的运行时态,并给开 发者提供一个统一的接口——借助Avalon引擎,应用程序就可以支持Vista的3D模式,并调用G PU资源来渲染生成丰富的视觉特效。而除了 Avalon引擎之外,Vista系统还拥有一个桌面窗口管理器(Desktop Window Manager),它其实是一组视觉函数的集合体,提供诸如半透明显示、窗口的扭曲卷动等功能,开发者只要直接调用这些函数,便能够开发出支持3D渲染模 式的应用程序。
由于Vista的Aero Glass视觉模式完全以3D渲染技术为基础,因此它可以说是真正意义上的3D操作系统,而不是2D技术与3D技术的混合体。但这种做法带来的一个弊端是 Vista对硬件系统的要求极其苛刻,64位双核处理器、2GB内存被认为是最佳配置,而在至关重要的显卡方面,微软表示若要运行Aero Glass模式,支持DirectX 9.0c API和256MB显存是基础条件,换句话说,目前主流配置的台式机基本上都无法在Vista的Aero Glass视觉模式下流畅运行,考虑到Vista要到明年底才推向市场,这样的要求也不算太脱离实际。但在推广的初期,Vista恐怕会受到一定程度的责 难,毕竟没有多少人会对开启txt文档都要动用GPU的渲染能力感到舒服。相比之下,苹果的Tiger 系统以2D/3D结合的方式及卓越的设计同样获得了一流的视觉观感,它的实现方式显然比Vista来得经济。从这个角度考虑,Vista尽管完全基于3D 技术基础构建,但它显然不够人性化,而在三维环境的生成方面也缺乏想像力——如果你有耐心继续了解Sun的Look ing Glass项目和下一代Gnome桌面环境的详细情况,将会很自然得出这样的结论。

Sun Looking Glass:
创建最强大的Java 3D环境
早 在2003年,Sun公司就发起了一个名为“Looking Glass”的3D桌面开发项目,该项目完全基于Sun的Java技术,并采用了开源协作的方式进行开发(注:Looking Glass项目完全遵守GPL通用公共许可协议)。与Windows Vista不同的是,Looking Glass并不是一个完整的操作系统项目,它实际上只是操作系统上的一个外壳程序——类似于Linux/UNIX环境下的Gnome和KDE桌面环境。事 实上,Looking Glass同样是基于X Window构建,它的主要应用场合是在Linux及Sun自己的Solaris操作系统中。
Looking Glass的设计出发点非常值得称道,它并不是为了美观而美观,Sun希望Looking Glass所生成的3D视觉环境能够让用户更好地利用屏幕空间,实现更快速、更有效管理应用程序和内容的目的。例如,用户可以将窗口设置为透明并进行三维 操作,在这种情况下,用户可轻而易举地运行数十个或更多个应用程序。倘若用户开启一个多页面之间存在联 系的电子表格文件,那么在三维桌面环境中可以直观地进行切换,而不必使用屏幕底部的静态选项卡。从这些角度出发,我们不难看出Looking Glass与Windows Vista的设计取向有着本质性的区别!而在Sun公布的几个开发版本中,我们充分领略到Looking Glass的迷人之处:Looking Glass可以实现灵活自如的半透明窗口。当多个窗口重叠的时候,我们若将鼠标移到隐藏在背后的窗口,前台窗口将呈现半透明状态并进入隐藏状态,如果鼠标 再转移到原窗口上,那么新的前台窗口将重复同样的动作。这个过程充满流畅的动感,而用户可相当便捷地查 看窗口内容,实现操作的简易化。其次, Looking Glass可实现高度灵敏的三维效果,任何程序窗口都可以作任意方向的旋转、倾斜,用户甚至可以将它完全翻转过来在该窗口的“背面”写上一些标注——在 Looking Glass的演示会场上,当开发人员向与会者演示Looking Glass的上述效果时,会场响起了雷鸣般的掌声,大家都为Looking Glass的神奇特性兴奋不已!
如果我们将Looking Glass与Vista的3D界面作对比,便会发现Looking Glass不仅在营造3D环境上远超Vista,而且在内容管理和系统操作的简易性上更是前进了一大步。与Vista形成鲜明对比的是,Looking Glass环境虽然也需要动用GPU的运算资源,但它对硬件要求相当之低,它在一套1.4GHz以上CPU、512MB内存的PC机上便能流畅运行,对显 卡的要求也只限于16MB以上显存和OpenGL 1.2以上版本的图形API支持即可,甚至在i855GM整合芯片组平台上都能正常运作。单从这两个方面对比,Vista无疑难以令人满意,尽管它实现了 最为纯粹的硬件级3D渲染,但它的3D效果建立在耗费大量运算工作的基础上,架构极为臃肿。
Sun很清楚开发Looking Glass是一项庞大的工程,除采用Java语言外,它还以开源的模式进行项目开发,到目前为止,Sun已释放出多个Looking Glass的开发人员版本。通过这些版本,开发人员可以创建出完全支持三维特性的全新应用程序。比较不符合常规的是,Looking Glass并没有详细的产品规划,作为一个开源项目,它将始终处于开发阶段,直到应用时机成熟,而这显然依赖于Linux/Solaris操作系统的发展 状况。

下一代Gnome:
令Linux脱胎换骨
与Sun Looking Glass类似,Gnome也是一项基于X Window的桌面操作环境。Gnome项目的历史可追溯到1997年,它是一个完全符合GNU通用公共许可协议的桌面环境,目前在各个Linux发行版 中被广为使用。早期版本的Gnome相当粗糙,可操作性差,不仅明显不如Windows系统,也不如同 时代的KDE项目。但由于真正开源的性质让 Gnome获得了广泛的支持,而经过数年时间的快速发展之后,Gnome的水平突飞猛进,其最新的2.12版已经具有相当高的实用水平,无论视觉界面、可 操作性还是功能上完全可与Windows XP相提并论。而Gnome项目的开发者更是雄心勃勃地将Mac OS X作为新的挑战目标。当微软开始Longhorn项目之后,Gnome项目组为Longhorn所实现的半透明及3D特效所震动,并意识到如果届时无法追 上微软,将会对Linux的桌面化应用造成重大打击。有鉴于此,让Gnome实现“加速图形渲染”功能 被提上开发日程,而它的出台时间估计将会在2006 年底至2007年初。
红帽子(Redhat)公司对此项工作给予了相当大的支持,它成立了由 数名专家组成的下一代渲染技术开发团队专门负责此事, Novell公司也派出了专家参与。据悉,下一代Gnome将以OpenGL作为图形API,这一点上类似于Sun的Looking Glass。在图形API之上,Gnome将构建一个功能强大的绘图层,并围绕这个绘图层设计渲染器、应用程序和主题工具包、窗口+合成管理器等等,由此 Gnome的开发者将构建出一套高效且能实现一流效果的3D渲染桌面环境。在最初的演示中,我们已可以看到下一代Gnome在3D渲染方面的卓越丰采:所 有窗口都可以实现任意程度的“α透明”,同时窗口可支持实况缩小,效果如同Mac OS X。另外,窗口还能以各种漂亮的动作收缩变形,如平滑卷动、像布条一样挥舞或者是像富有弹性的塑料板一样四角挺动……而在视觉元素修饰方面,下一代 Gnome更是进行了精心设计:桌面可出现雪花在屏幕上飘落的效果(好比是Mac OS X中的水流动特效);若以草地作为桌面背景,当鼠标滑过时,小草随之簌簌作响,仿佛是一阵轻风吹过;采用矢量图标,不管放大还是缩小都能实现完美如一的视 觉观感;而借助3D渲染技术,可随机生成精细的实时动画,例如当用户按下按钮,将冒起一股淡淡的动态烟 雾;如果没有将垃圾桶的垃圾文件清空,时不时会有几只苍蝇围着它嗡嗡叫……当用户面对这样的情景时,想必多多少少都会心动,并为其贴心的设计而感到惊讶不 已吧?!
在上面的描述中我们不难看出,下一代Gnome的侧重点并非是通过创建三维环境实现更灵活强大的窗口内容管理,而是尽一切可能提高系统的视觉观感,这一点完全与Gnome项目的开源文化相 契合。在开源项目中,所有开发者的共同目标是开发出最优秀的程序,当 Gnome突破2.8版本之后,Gnome项目的开发者便将赶超Mac OS X作为新的目标,这种思路在下一代Gnome的设计蓝图中获得充分的体现。而与Sun Looking Glass相同的是,下一代Gnome同样基于OpenGL图形API,尽管需要调用GPU的运算能力,但并不会对硬件系统提出不切合实际的过高要求,充 分保留了Gnome环境和Linux系统“精简”的特色。

前瞻:
操作系统即将迈入三维时代
尽管都借助了GPU进行图形界 面的渲染,但Windows Vista、Looking Glass和Gnome显然代表了不同的开发思路,在这三者之中,只有Vista才算是真正意义上的3D操作系统,微软甚至不惜为它专门设计了一套 API,但系统臃肿、运行效率低将成为其致命伤。Looking Glass一切以实用、提高桌面内容管理性为出发点,我们可以看到,Looking Glass通过创建三维桌面环境,在有限的桌面空间里安排下了更多的内容,这将显著提高用户的工作效率,但Looking Glass在视觉元素设计上有些随意、观感平平。至于下一代Gnome,追求一流的视觉体验是它的主要目标,至少在Linux领域,下一代Gnome完全 有超越Vista系统的实力。当然,这三个项目目前都处于开发阶段,真正的产品化都要等到2006年底 ,在未来一年的时间里,开发者显然可以对它们作进一步的完善。我们不应忽视的是,苹果公司代号为Leopard的系统也将大面积采用OpenGL 3D渲染技术,作为该领域一贯的领先者,相信它的参与将让3D图形界面大放异彩!而在微软Windows Vista、Sun Looking Glass、下一代Gnome和苹果Leopard的联手拉动下,操作系统将全面进入三维操作时代,这将是一个里程碑式的新开始!
   --转载自<新电脑>
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