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VBO与VAO

(2012-07-09 17:57:36)
标签:

杂谈

分类: 图形学

我想大家都已经熟悉VBO了吧。在GL3.0时代的VBO大体还是处于最重要的地位,但是与此同时也出现了不少新的用法和辅助役,其中一个就是VAO。本文大致小记一下这两者的联系,帮助大家理解一下这个角色。——


原文地址:http://www.zwqxin.com/archives/opengl/vao-and-vbo-stuff.html

如果你也逐渐步进GL3.0开始的新标准,你大概会留意到传统的绘图方式(glVertex)已经要被废掉了,不仅如此,以最高绘制速度为标记的显示列表方式也已经被印上deprecated了,这样,在以前的文章([学一学,VBO] )中的讨论,在新标准的面前都显得没什么必要了。我想说的是,OpenGL对GPU的入口“顶点传送”——或者说,绘制方式,尽量不要再选择传统方式(glVertex)或显示列表(glCallList)甚至VA(vertex array)了。哪怕你是用的一个compatable的GL-context,哪怕顶点数据部分持续变化或者恒定不变,也得注意要尽量尽量使用VBO来组织你的数据。

另外的一点,就是尽量不要以客户端状态函数来使用VBO了。我是说——glEnableClientState/glDisableClientState,还有glVertexPointer这类函数。VBO的本意是把本地(GL客户端)的数据完全交给GPU(GL服务端)来管理,所以若非为了数据的更新,你完全可以在调用glBufferData之后选择扔弃保存在本地内存中的数据。VBO可以说只有在传输数据的时候跟本地客户端有联系,它的状态是服务端(我们的流水线)管理的,当初沿用VA的那些客户端状态函数,还有一个原因就是它们方便地与shader里面的固定attribute(gl_Position之类)建立联系【见[OpenGL与GLSL之间变量的传递小记] 】,但是GLSL已经也不推荐使用那些attrbute了。(事实上,以上这些都是deprecated的了。)

C++代码1
  1. glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, m_nPositionVBO);
  2. glEnableClientState(GL_VERTEX_ARRAY);
  3. glVertexPointer(2, GL_FLOAT, 0, NULL);
  4. glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, m_nTexcoordVBO);
  5. glEnableClientState(GL_TEXTURE_COORD_ARRAY);
  6. glTexCoordPointer(2, GL_FLOAT, 0, NULL);
  7. glBindBuffer(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, m_nIndexVBO);
  8. glDrawElements(GL_TRIANGLES, 6, GL_UNSIGNED_SHORT, NULL);
  9. glBindBuffer(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, NULL);
  10. glDisableClientState(GL_TEXTURE_COORD_ARRAY);
  11. glDisableClientState(GL_VERTEX_ARRAY);
  12. glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, NULL);
C++代码2
  1. glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, m_nQuadPositionVBO);
  2. glEnableVertexAttribArray(VAT_POSITION);
  3. glVertexAttribPointer(VAT_POSITION, 2, GL_INT, GL_FALSE, 0, NULL);
  4. glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, m_nQuadTexcoordVBO);
  5. glEnableVertexAttribArray(VAT_TEXCOORD);
  6. glVertexAttribPointer(VAT_TEXCOORD, 2, GL_INT, GL_FALSE, 0, NULL);
  7. glBindBuffer(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, m_nQuadIndexVBO);
  8. glDrawElements(GL_TRIANGLES, 6, GL_UNSIGNED_SHORT, NULL);
  9. glDisableVertexAttribArray(VAT_POSITION);
  10. glDisableVertexAttribArray(VAT_TEXCOORD);
  11. glBindBuffer(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, NULL);
  12. glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, NULL);

以上两段是效果一致的VBO渲染部分的代码。尽量用第二种吧。使用第二种的前提是你使用shader来进行顶点处理,VAT_POSITION/VAT_TEXCOORD需要与Shader里代表顶点/纹理坐标的attribute变量建立联系(参考[OpenGL与GLSL之间变量的传递小记] ),在这个GL3.0之后的时代里,这种前提也算不上什么前提就是了。我们来囫囵吞枣地猜测一下OpenGL是怎么处理VBO的数据的。

1. VBO

与其他buffer object一样,VBO归根到底是显卡存储空间里的一块缓存区(Buffer)而已,这个Buffer有它的名字(VBO的ID),OpenGL在GPU的某处记录着这个ID和对应的显存地址(或者地址偏移,类似内存)。用代码看看吧:

C++代码
  1. //生成一个Buffer的ID,不管是什么类型的
  2. glGenBuffers(1, &m_nQuadVBO);
  3. //绑定ID,同时也指定该ID对应的buffer的信息类型是GL_ARRAY_BUFFER
  4. glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, m_nQuadVBO);
  5. //为该ID指定一块指定大小的存储区域(区域的位置大抵由末参数影响), 传输数据
  6. glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(fQuadData), fQuadData, GL_STREAM_DRAW);

这里是VBO的初始化阶段。在这里我们看到了这是对位置,还是颜色,还是纹理坐标,还是法线,还是其他顶点属性进行设置的吗?是的,这个信息是:起码在初始化阶段,一个VBO对于交给它存储的数据到底是什么,完全不知道。我们此时再看回上面两段渲染部分的代码,就明白了:哦,原来这都是在渲染时确定的!

对于第一段渲染代码,glVertexPointer(2, GL_FLOAT, 0, NULL)这个函数指定了VBO里的是什么数据——顶点位置,float类型,2个float指涉一个顶点位置,在区域里无偏移地采集数据,等等。之后的glDrawElements只不过根据组织模式(GL_TRIANGLES,这个是直接交给vertex处理后的Geometry处理的)和索引数据去采集VBO里的这些数据罢了——它从某个地方获取了glBindBuffer指定的位置,还有glVertexPointer设定的信息(由glEnableClientState启用),它进行绘制所需要的一切——这个地方,就是所谓的GL-Context吧,那个保存了所有运行时流水线状态的东西。

对于第二段渲染代码,大体是一样的,只是glVertexAttribPointer使用第一个参数(location)指涉对应vertex-shader里哪个in attribute。VBO在渲染阶段才指定数据位置和“顶点信息”(Vertex Specification),然后根据此信息去解析缓存区里的数据,联系这两者中间的桥梁是GL-Contenxt。GL-context整个程序一般只有一个,所以如果一个渲染流程里有两份不同的绘制代码,GL-context就负责在它们之间进行状态切换。这也是为什么要在渲染过程中,在每份绘制代码之中有glBindBuffer/glEnableVertexAttribArray/glVertexAttribPointer。那么优化方法就来了——把这些都放到初始化时候完成吧!——这样做的限制条件是“负责记录状态的GL-context整个程序一般只有一个”,那么就不直接用GL-context记录,用别的东西做状态记录吧——这个东西针对"每份绘制代码“有一个,记录该次绘制所需要的所有VBO所需信息,把它保存到GPU特定位置,绘制的时候直接在这个位置取信息绘制。

于是,VAO诞生了。

2.VAO

VAO的全名是Vertex Array Object,首先,它不是Buffer-Object,所以不用作存储数据;其次,它针对”顶点“而言,也就是说它跟”顶点的绘制“息息相关,在GL3.0的世界观里,这相当于”与VBO息息相关“。(提示,它跟VA真是虾米关系都没有的,嘛,虽然这的确让人误会,我最初见到这个名词时也误会了的说。)

按上所述,它的定位是state-object(状态对象,记录存储状态信息)。这明显区别于buffer-object。如果有人碎碎念”既然是记录顶点的信息,为什么不叫vertex attribute object“呢?我想说这些孩子你们真没认真看文章嘛——VAO记录的是一次绘制中做需要的信息,这包括”数据在哪里-glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER)“、”数据的格式是怎样的-glVertexAttribPointer“(顶点位置的数据在哪里,顶点位置的数据的格式是怎样的/纹理坐标的数据在哪里,纹理坐标的数据的格式是怎样的....视乎你让它关联多少个VBO、VBO里有多少种数据),顺带一提的是,这里的状态还包括这些属性关联的shader-attribute的location的启用(glEnableVertexAttribArray)、这些顶点属性对应的顶点索引数据的位置(glBindBuffer(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER),如果你指定了的话)。在GL的wiki里把这些”信息“抽象成一个属性数据体:

  1. struct VertexAttribute
  2. {
  3. bool bIsEnabled = GL_FALSE;
  4. int iSize = 4; //This is the number of elements in this attribute, 1-4.
  5. unsigned int iStride = 0;
  6. VertexAttribType eType = GL_FLOAT;
  7. bool bIsNormalized = GL_FALSE;
  8. bool bIsIntegral = GL_FALSE;
  9. void * pBufferObjectOffset = 0;
  10. BufferObject * pBufferObj = 0;
  11. };
  12. struct VertexArrayObject
  13. {
  14. BufferObject *pElementArrayBufferObject = NULL;
  15. VertexAttribute attributes[GL_MAX_VERTEX_ATTRIB];
  16. }

这里,VertexArrayObject 就包括了一个Index-VBO【[索引顶点的VBO与多重纹理下的VBO] 】(可以没有,例如绘制用的是glDrawArray)还有一些VertexAttribute。后者包括顶点属性的格式和位置和一个启用与否的状态。这些都对应了上述讨论的那几个函数(注意glVertexAttribPointer和glVertexAttribIPointer的选择决定bool bIsIntegral,数据是否整型不可规范化)。那么,现在我们可以知道VAO的用法了:

C++代码 - 初始化部分
  1. glGenVertexArrays(1, &m_nQuadVAO);
  2. glBindVertexArray(m_nQuadVAO);
  3. glGenBuffers(1, &m_nQuadPositionVBO);
  4. glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, m_nQuadPositionVBO);
  5. glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(fQuadPos), fQuadPos, GL_STREAM_DRAW);
  6. glEnableVertexAttribArray(VAT_POSITION);
  7. glVertexAttribPointer(VAT_POSITION, 2, GL_INT, GL_FALSE, 0, NULL);
  8. glGenBuffers(1, &m_nQuadTexcoordVBO);
  9. glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, m_nQuadTexcoordVBO);
  10. glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(fQuadTexcoord), fQuadTexcoord, GL_STREAM_DRAW);
  11. glEnableVertexAttribArray(VAT_TEXCOORD);
  12. glVertexAttribPointer(VAT_TEXCOORD, 2, GL_INT, GL_FALSE, 0, NULL);
  13. glGenBuffers(1, &m_nQuadIndexVBO);
  14. glBindBuffer(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, m_nQuadIndexVBO);
  15. glBufferData(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, sizeof(nQuadIndex), nQuadIndex, GL_STREAM_DRAW);
  16. glBindVertexArray(NULL);
  17. glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, NULL);
  18. glBindBuffer(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, NULL);
C++代码 - 渲染部分
  1. glBindVertexArray(m_nQuadVAO);
  2. glDrawElements(GL_TRIANGLES, 6, GL_UNSIGNED_SHORT, NULL);
  3. glBindVertexArray(NULL);

以上就是VAO的使用方法了,很直观吧?

使用VAO的好处?看上面那么简洁的渲染部分代码就够了。

你甚至可以认为VAO就是一个状态容器,其中粗体字的那几行就是它以及它所”包含“的东西——填充了”VertexArrayObject结构体“的东西。注意:1.没有一个合适的地方给glDisableVertexAttribArray了,事实上调用glBindVertexArray(NULL)的时候里面所有状态都”关掉“了,也就没所谓针对顶点属性的location做其他什么;2.glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, NULL)/glBindBuffer(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, NULL)一定要在glBindVertexArray(NULL)后面(不然VAO就把它们也包含了,最后就渲染不出东西了);3.glDrawElements里面的东西(顶点索引的属性状态)VAO可没记录保存哦;4.glVertexPointer那类函数理论上也可以,但是建议还是不要混用deprecated的函数进去了。

那么,既然AB是一家,那就两个站都吧!哦,不对,两个O都用一用吧!

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