1.顶点缓冲对象(Vertex Buffer Objects, VBO)
顶点缓冲对象(VBO)的作用就是管理这个在GPU上创建的显存。使用这些缓冲对象的好处是我们可以一次性的发送一大批数据到显卡上,而不是每个顶点发送一次。从CPU把数据发送到显卡相对较慢,所以只要可能我们都要尝试尽量一次性发送尽可能多的数据。当数据发送至显卡的内存中后,顶点着色器访问顶点是个非常快的过程的。
这个缓冲有一个独一无二的ID,所以我们可以使用glGenBuffers函数和一个缓冲ID生成一个VBO对象:
unsigned int VBO;
glGenBuffers(1, &VBO);
顶点缓冲对象的缓冲类型是GL_ARRAY_BUFFER。使用glBindBuffer函数把新创建的缓冲绑定到GL_ARRAY_BUFFER目标上:
glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, VBO);
我们使用的任何(在GL_ARRAY_BUFFER目标上的)缓冲调用都会用来配置当前绑定的缓冲(VBO)。然后我们可以调用glBufferData函数,它会把之前定义的顶点数据复制到缓冲的内存中。
glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(vertices), vertices, GL_STATIC_DRAW);
2.顶点数组对象(Vertex Array Object, VAO)
我们已经把顶点数据发送给了GPU,但OpenGL还不知道它该如何解释内存中的顶点数据。GPU内的这块显存区域里是紧密连续的一个个数据,我们需要告诉OpenGL,从哪里到哪里是一个顶点的数据,从哪里到哪里是这个顶点的RGB值(如果有的话)等。
同时,我们也该告诉OpenGL,该如何将顶点数据链接到顶点着色器的属性上。
我们的顶点缓冲数据会被解析为下面这样子:
- 位置数据被储存为32位(4字节)浮点值。
- 每个位置包含3个这样的值。在这3个值之间没有空隙(或其他值)。这几个值在数组中紧密排列(Tightly Packed)。
- 数据中第一个值在缓冲开始的位置。有了这些信息我们就可以使用glVertexAttribPointer函数告诉OpenGL该如何解析顶点数据(应用到逐个顶点属性上)了:
glVertexAttribPointer(0, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 3 * sizeof(float), (void*)0);
glEnableVertexAttribArray(0);
glVertexAttribPointer函数的参数非常多,所以我会逐一介绍它们:
- 第一个参数指定我们要配置的顶点属性。还记得我们在顶点着色器中使用layout(location = 0)定义了position顶点属性的位置值(Location)吗?它可以把顶点属性的位置值设置为0。因为我们希望把数据传递到这一个顶点属性中,所以这里我们传入0。
- 第二个参数指定顶点属性的大小。顶点属性是一个vec3,它由3个值组成,所以大小是3。
- 第三个参数指定数据的类型,这里是GL_FLOAT(GLSL中vec*都是由浮点数值组成的)。
- 下个参数定义我们是否希望数据被标准化(Normalize)。如果我们设置为GL_TRUE,所有数据都会被映射到0(对于有符号型signed数据是-1)到1之间。我们把它设置为GL_FALSE。
- 第五个参数叫做步长(Stride),它告诉我们在连续的顶点属性组之间的间隔。由于下个组位置数据在3个float之后,我们把步长设置为3 * sizeof(float)。要注意的是由于我们知道这个数组是紧密排列的(在两个顶点属性之间没有空隙)我们也可以设置为0来让OpenGL决定具体步长是多少(只有当数值是紧密排列时才可用)。这个参数的意思简单说就是从这个属性第二次出现的地方到整个数组0位置之间有多少字节)。
- 最后一个参数的类型是void*,所以需要我们进行这个奇怪的强制类型转换。它表示位置数据在缓冲中起始位置的偏移量(Offset)。由于位置数据在数组的开头,所以这里是0。
创建一个VAO:
unsigned int VAO;
glGenVertexArrays(1, &VAO);
绑定VAO:
glBindVertexArray(VAO);//绑定VAO
3.元素缓冲对象(Element Buffer Object,EBO)
也叫索引缓冲对象(Index Buffer Object,IBO)。要解释元素缓冲对象的工作方式最好还是举个例子:假设我们不再绘制一个三角形而是绘制一个矩形。我们可以绘制两个三角形来组成一个矩形(OpenGL主要处理三角形)。这会生成下面的顶点的集合:
float vertices[] = {
// 第一个三角形
0.5f, 0.5f, 0.0f, // 右上角
0.5f, -0.5f, 0.0f, // 右下角
-0.5f, 0.5f, 0.0f, // 左上角
// 第二个三角形
0.5f, -0.5f, 0.0f, // 右下角
-0.5f, -0.5f, 0.0f, // 左下角
-0.5f, 0.5f, 0.0f // 左上角
};
可以看到,有几个顶点叠加了。我们指定了右下角
和左上角
两次!一个矩形只有4个点而不是6个顶点,这样就产生50%的额外开销。当我们有包括上千个三角形的模型之后这个问题会更糟糕,这会产生一大堆浪费。更好的解决方案是只储存不同的顶点,并设定绘制这些顶点的顺序。这样子我们只要储存4个顶点就能绘制矩形了,之后只要指定绘制的顺序就行了。
首先,我们先要定义(不重复的)顶点,和绘制出矩形所需的索引:
float vertices[] = {
0.5f, 0.5f, 0.0f, // 右上角
0.5f, -0.5f, 0.0f, // 右下角
-0.5f, -0.5f, 0.0f, // 左下角
-0.5f, 0.5f, 0.0f // 左上角
};
unsigned int indices[] = {
// 注意索引从0开始!
// 此例的索引(0,1,2,3)就是顶点数组vertices的下标,
// 这样可以由下标代表顶点组合成矩形
0, 1, 3, // 第一个三角形
1, 2, 3 // 第二个三角形
};
创建元素缓冲对象:
unsigned int EBO;
glGenBuffers(1, &EBO);
与VBO类似,我们先绑定EBO然后用glBufferData把索引复制到缓冲里。同样,和VBO类似,我们会把这些函数调用放在绑定和解绑函数调用之间,只不过这次我们把缓冲的类型定义为GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER。
glBindBuffer(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, EBO);
glBufferData(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, sizeof(indices), indices, GL_STATIC_DRAW);
最后一件要做的事是用glDrawElements来替换glDrawArrays函数,表示我们要从索引缓冲区渲染三角形。使用glDrawElements时,我们会使用当前绑定的索引缓冲对象中的索引进行绘制:
glBindBuffer(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, EBO);
glDrawElements(GL_TRIANGLES, 6, GL_UNSIGNED_INT, 0);
4.代码示例
glGenVertexArrays(1, &VAO);
glGenBuffers(1, &VBO);
glBindVertexArray(VAO);//绑定VAO
glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, VBO);//顶点缓冲对象的缓冲类型是GL_ARRAY_BUFFER
glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(vertices), vertices, GL_STATIC_DRAW);//把顶点数据复制到缓冲的内存中GL_STATIC_DRAW :数据不会或几乎不会改变。
glVertexAttribPointer(0, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 3 * sizeof(GLfloat), (GLvoid*)0);
glEnableVertexAttribArray(0);
glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, 0);
glGenBuffers(1, &EBO);
glBindBuffer(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, EBO);
glBufferData(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, sizeof(indices), indices, GL_STATIC_DRAW);
glBindVertexArray(0);//解绑VAO