VA、VAO和VBO API备忘
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缘起
接触OpenGL有一段时间了，大多数时候都是使用OSG在进行开发，前几天同事问起OpenGL中VBO的相关内容，才发现很多OpenGL的知识生疏了。这两天花了点时间重新复习了一下与VBO相关的内容，记录在此以备忘。文中大部分内容来自网络。
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概述
OpenGL从OpenGL 3.0开始将API分成了两种类型：即旧式的OpenGL(Legacy OpenGL)和新式的OpenGL(Core Profile)，OpenGL3.3 的官方API文档完整地描述了新式的OpenGL API，旧式的OpenGL API可以在OpenGL 2.1中查看。
对于OpenGL渲染的的第一站：也就是把顶点数据(包括顶点位置、顶点法线、顶点颜色、纹理坐标等)传入到OpenGL，旧式的OpenGL中有以下几种方式实现：
- 立即模式（glBegin/glEnd） 这种方式恐怕是学习OpenGL最早接触到的API吧，至少我是这样。不过很遗憾它已经被新式OpenGL抛弃了
- 顶点数组（VA：Vertex Array）相比立即模式减少了函数的调用开销。目前也被新式OpenGL抛弃
- 缓冲区对象（VBO：Vertex Buffer Object）相比较VA，将数据存储到服务器端(VA存储在客户端)。目前是新式OpenGL支持的唯一数据传入方式
- 显示列表（Display List）将若干条OpenGL命令编译好，直接由显卡调用。由于编译好的模块无法修改，丧失了灵活性。也被新式OpenGL抛弃
此外VBO在Legacy OpenGL中和Core Profile OpenGL中的使用也有着不同的方式。
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VA API
(1) 开启和关闭VA
//开启和关闭客户端状态
void glEnableClientState(GLenum cap);
void glDisableClientState(GLenum cap);
//参数cap取值
GL_VERTEX_ARRAY //顶点位置
GL_COLOR_ARRAY //顶点颜色
GL_EDGE_FLAG_ARRAY //顶点边界线标识
GL_FOG_COORD_ARRAY //顶点雾坐标
GL_INDEX_ARRAY //顶点索引
GL_NORMAL_ARRAY //顶点法线
GL_SECONDARY_COLOR_ARRAY //顶点辅助颜色
GL_TEXTURE_COORD_ARRAY //顶点纹理坐标(2) 设置数据到顶点
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////
//以下是一系列设置顶点数据的API
//参数取值(默认形参代表OpenGL中默认值):
// size 描述数据的维度(2D\3D)
// type 描述每个数据的类型
// stride 描述每个顶点数据的跨度
//pointer 指向实际数据
//设置顶点位置数据
void glVertexPointer( GLint size=4, GLenum type=GL_FLOAT, GLsizei stride=0, const GLvoid *pointer=0);
//设置顶点颜色数据
void glColorPointer( GLint size=4, GLenum type=GL_FLOAT, GLsizei stride=0, const GLvoid *pointer=0);
//设置顶点边界线标识数据
void glEdgeFlagPointer( GLsizei stride=0, const GLvoid *pointer=0);
//设置顶点雾坐标数据
void glFogCoordPointer( GLenum type=GL_FLOAT, GLsizei stride=0, GLvoid *pointer=0);
//设置顶点索引数据
void glIndexPointer( GLenum type=GL_FLOAT, GLsizei stride=0, const GLvoid *pointer=0);
//设置顶点法线数据
void glNormalPointer( GLenum type=GL_FLOAT, GLsizei stride=0, const GLvoid *pointer=0);
//设置顶点辅助颜色数据
void glSecondaryColorPointer( GLint size=3, GLenum type=GL_FLOAT, GLsizei stride=0, const GLvoid *pointer=0);
//设置顶点纹理坐标数据
void glTexCoordPointer( GLint size=4, GLenum type=GL_FLOAT, GLsizei stride=0, const GLvoid *pointer=0); (3) VA绘制
///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
//通过设置好的顶点数据进行绘制:可以使用下列API进行绘制
void glDrawArrays( GLenum mode, GLint first, GLsizei count);
//参数描述
//mode 绘制几何图元类型(GL_POINTS, GL_LINE_STRIP, GL_TRIANGLE等)
//first 顶点数据的开始索引位置(对应(2)中pointer)
//count 需要渲染的顶点数据数量
void glDrawElements( GLenum mode, GLsizei count, GLenum type, const GLvoid *indices);
//参数描述
//mode 绘制几何图元类型(GL_POINTS, GL_LINE_STRIP, GL_TRIANGLE等)
//count 第四个参数indices中参与渲染的索引数量
//type 第四个参数indices的数据类型
//indices 需要额外传入的一个索引数组指针
void glDrawRangeElements( GLenum mode, GLuint start, GLuint end, GLsizei count, GLenum type, const GLvoid * indices);
//参数描述(与glDrawElements一致但多出两个参数)
//mode 绘制几何图元类型(GL_POINTS, GL_LINE_STRIP, GL_TRIANGLE等)
//count 第四个参数indices中参与渲染的索引数量
//type 第四个参数indices的数据类型
//indices 需要额外传入的一个索引数组指针
//start 索引数组indices中的最小值索引值
//end 索引数组indices中的最大值索引值以上就是VA所涉及到的基本API，使用过程如下
首先开启客户端VertexArray状态，接着绑定数据到顶点状态，最后进行绘制：
static float vertices[][3] = {
1.0f, 0.0f, 0.0f,
0.0f, 1.0f, 0.0f,
-1.0f, 0.0f, 0.0f
};
static float colors[][4] = {
1.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f,
0.0f, 1.0f, 0.0f, 1.0f,
0.0f, 0.0f, 1.0f, 1.0f
};
//绘制函数
void renderScene()
{
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);
glMatrixMode(GL_MODELVIEW);
glLoadIdentity();
glTranslatef(0.0f, 0.0f, -5.0f);
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////
//开启VA状态
glEnableClientState(GL_VERTEX_ARRAY);
glEnableClientState(GL_COLOR_ARRAY);
//绑定数据
glVertexPointer(3, GL_FLOAT, 0, vertices);
glColorPointer(4, GL_FLOAT, 0, colors);
//绘制
glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, 3);
//关闭VA状态
glDisableClientState(GL_VERTEX_ARRAY);
glDisableClientState(GL_COLOR_ARRAY);
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////
} -
VBO API
前文描述了VBO在Legacy 和Core Profile中有两种不同的方式：
- Legacy OpenGL VBO API
(1)创建(初始化)VBO对象
//创建VBO的API
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////
void glGenBuffers( GLsizei n, GLuint * buffers);
//生成缓冲区ID
//参数描述
// n 生成ID数量
// buffers 存储缓冲区ID的数组
void glBindBuffer( GLenum target, GLuint buffer);
//设置缓冲区为当前操作的缓冲区，并且设置缓冲区的类型
//参数描述
//target 缓冲区类型(包括4种)
GL_ARRAY_BUFFER
GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER
GL_PIXEL_PACK_BUFFER
GL_PIXEL_UNPACK_BUFFER
//buffer 使用glGenBuffers生成的缓冲区ID
void glBufferData( GLenum target, GLsizeiptr size, const GLvoid * data, GLenum usage);
//为缓冲区设置数据
//参数描述
//target 缓冲区类型(包括4种)
GL_ARRAY_BUFFER
GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER
GL_PIXEL_PACK_BUFFER
GL_PIXEL_UNPACK_BUFFER
//size 缓冲区大小(多少字节)
//data 实际指向数组的指针
//usage 当前缓冲区的使用模式[一种提示用来优化之用](取值如下9种)
GL_STREAM_DRAW
GL_STREAM_READ
GL_STREAM_COPY
GL_STATIC_DRAW
GL_STATIC_READ
GL_STATIC_COPY
GL_DYNAMIC_DRAW
GL_DYNAMIC_READ
GL_DYNAMIC_COPY当创建完VBO之后，我们并不知道VBO中存储的是顶点位置、还是顶点颜色或者是顶点法线，于是使用下面的API来描述某一个VBO中到底是顶点什么方面的数据
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////
//开启关闭VBO状态
void glEnableClientState(GLenum cap);
void glDisableClientState(GLenum cap);
//参考VA中的描述
void glVertexPointer( GLint size, GLenum type, GLsizei stride, const GLvoid * pointer);
//参考VA中的描述:
//但是pointer参数有所区别：
//当使用了glBindBuffer将GL_ARRAY_BUFFER绑定到一个非0的VBO ID上之后，这时候的pointer
//代表的是一个VBO ID对象中实际数据(glBufferData中data参数)的偏移值，也就是说这时候pointer
//并不是一个指针，仅仅是一个偏移值。同时GL_ARRAY_BUFFER_BINDING这个状态会保存在客户端
//综合上面VA中的解释：可以知道这个glVertexPointer中的pointer两种含义:
//(1)当glBindBuffer绑定到非0的ID时：
//pointer代表偏移，此时客户端glClientState中会保存GL_ARRAY_BUFFER_BINDING暗示现在在用VBO
//(2)当glBindBuffer绑定到0的ID时：
//pointer代表一个指向数组的指针，此时客户端glClientState中不会保存GL_ARRAY_BUFFER_BINDING暗示现在在用VA
//同理，对于VA中用到的一系列函数都有同样的解释，不再赘述：
glColorPointer
glEdgeFlagPointer
glFogCoordPointer
glIndexPointer
glNormalPointer
glSecondaryColorPointer
glTexCoordPointer//////////////////////////////////////////////////////////////////////////
//绘制VBO
void glDrawArrays( GLenum mode, GLint first, GLsizei count);
//参考VA中描述
//所不同的是数据现在在缓冲区之中，而不是VA所指向的pointer数组中了
void glDrawElements( GLenum mode, GLsizei count, GLenum type, const GLvoid *indices);
//参考VA中描述
//所不同的是indices设置为NULL
//因为缓冲区类型有一种是GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER(查看glGenBuffers中类型描述)
//我们会把indices索引值存储在GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER类型的Buffer中，不需要额外的数组了
//直接用两个缓冲区即可首先创建缓冲区并设置缓冲区类型和填满缓冲区，接着指定缓冲里面是什么(到底存的是位置还是颜色或者是法线)，最后绘制
static float vertices[][3] = {
1.0f, 0.0f, 0.0f,
0.0f, 1.0f, 0.0f,
-1.0f, 0.0f, 0.0f
};
static float colors[][4] = {
1.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f,
0.0f, 1.0f, 0.0f, 1.0f,
0.0f, 0.0f, 1.0f, 1.0f
};
void renderScene()
{
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);
glMatrixMode(GL_MODELVIEW);
glLoadIdentity();
glTranslatef(0.0f, 0.0f, -5.0f);
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////
//创建VBO(一般放在初始化函数中)
GLuint vertexBufferID, colorBufferID;
glGenBuffers(1, &vertexBufferID);
glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, vertexBufferID);
glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(vertices), vertices, GL_STATIC_DRAW);
glGenBuffers(1, &colorBufferID);
glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, colorBufferID);
glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(colors), colors, GL_STATIC_DRAW);
//开启VBO模式并设置VBO该怎么解析
glEnableClientState(GL_VERTEX_ARRAY);
glEnableClientState(GL_COLOR_ARRAY);
glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, vertexBufferID);
glVertexPointer(3, GL_FLOAT, 0, 0);
glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, colorBufferID);
glColorPointer(4, GL_FLOAT, 0, 0);
//绘制
glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, 3);
//绘制完成之后关闭VBO状态
//将glBindBuffer设置为0,使得后续glVertexPointer类似函数起到VA的作用
glDisableClientState(GL_VERTEX_ARRAY);
glDisableClientState(GL_COLOR_ARRAY);
glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, 0);
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////
} - Core Profile VBO
（1）创建VBO
参考Legacy VBO中内容，二者是一样的
（2）开启/关闭VBO
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////
void glEnableVertexAttribArray( GLuint index);
void glDisableVertexAttribArray( GLuint index);
//开启和关闭一个通用的缓冲区对象
//参数描述
//index 缓冲区对象索引值
void glVertexAttribPointer( GLuint index,
GLint size,
GLenum type,
GLboolean normalized,
GLsizei stride,
const GLvoid * pointer
);
//设置如何解析缓冲区中的数据
//参数描述
//index 当前操作的缓冲区对象索引值
//size 数据的维度是2D/3D/4D
//type 数据类型 GL_INT /GL_FLOAT
//normalized 是否已经单位化
//stride 数据间距
//pointer 参考Legacy VBO中解释(在glBindBuffer未开启时是指针开启后是索引值)
(3)绘制
参考Legacy VBO中内容，二者是一样的
以上便是Core Profile 下的VBO，使用方式如下：
首先创建VBO对象，接着开启VBO并且用来说明VBO中数据是什么样组织的(但是并没有说明数据是顶点位置、顶点颜色还是法线)，这一点与Legacy VBO不同，因为它的说明部分(哪个VBO存储着位置、哪个VBO存储着颜色、哪个VBO存储着法线等)是在着色语言Shader中指明的，最后还是使用同样的API绘制：
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////
GLfloat vVerts[] = { -0.5f, 0.0f, 0.0f,
0.5f, 0.0f, 0.0f,
0.0f, 0.5f, 0.0f };
GLfloat vColors [] = { 1.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f,
0.0f, 1.0f, 0.0f, 1.0f,
0.0f, 0.0f, 1.0f, 1.0f };
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////
void RenderWidget::paintGL()
{
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////
//生成VBO
glGenBuffers(1, &_vertexBuffer);
glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, _vertexBuffer);
glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(vVerts), vVerts, GL_STATIC_DRAW);
glGenBuffers(1, &_colorBuffer);
glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, _colorBuffer);
glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(vColors), vColors, GL_STATIC_DRAW);
setShaders();
//开启VBO并设置VBO里面存储的数据模式
glEnableVertexAttribArray(0);
glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, _vertexBuffer);
glVertexAttribPointer(
0,
3,
GL_FLOAT,
GL_FALSE,
0,
(void*)0
);
glEnableVertexAttribArray(1);
glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, _colorBuffer);
glVertexAttribPointer(
1,
4,
GL_FLOAT,
GL_FALSE,
0,
(void*)0
);
//绘制VBO
glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, 3);
//关闭VBO
glDisableVertexAttribArray(1);
glDisableVertexAttribArray(0);
glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, 0);
}顶点Shader
#version 330
layout(location = 0) in vec4 vertex;
layout(location = 1) in vec4 color;
out vec4 inFragColor;
void main( void )
{
gl_Position = vertex;
inFragColor = color;
}#version 330
in vec4 inFragColor;
out vec4 outFragColor;
void main( void )
{
outFragColor = inFragColor;
}
通过顶点Shader可以知道索引值为0的VBO解释为顶点位置，它传给gl_Position，索引值为1的VBO解释为顶点的颜色
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VAO API
VAO的介绍可以参考 <
(1)初始化
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////
//初始化VAO
void glGenVertexArrays(GLsizei n, GLuint *arrays);
//创建VAO ID
//参数描述
//n 产生VAO ID的数量
//arrays 保存VAO ID的数组
void glBindVertexArray(GLuint array);
//设置当前操作的VAO对象
//参数描述
//array VAO的ID(2)开启/关闭VAO
VAO的开启当使用glBindVertexArray时自动开启，使用glBindVertexArray(0)，传入一个0值可以视为将VAO关闭
设置VAO的过程就是调用VBO中(2)的过程
(3) 绘制
同VBO中绘制(绘制之前先启用VAO)
以上就是VAO涉及到的API，使用过程如下：
首先创建VAO，接着设置VAO（在调用VBO的数据设置过程中VAO自动完成了设置），最后开启VAO并绘制：
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////
GLfloat vVerts[] = { -0.5f, 0.0f, 0.0f,
0.5f, 0.0f, 0.0f,
0.0f, 0.5f, 0.0f };
GLfloat vColors [] = { 1.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f,
0.0f, 1.0f, 0.0f, 1.0f,
0.0f, 0.0f, 1.0f, 1.0f };
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////
void RenderWidget::paintGL()
{
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////
//生成VBO
glGenBuffers(1, &_vertexBuffer);
glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, _vertexBuffer);
glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(vVerts), vVerts, GL_STATIC_DRAW);
glGenBuffers(1, &_colorBuffer);
glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, _colorBuffer);
glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(vColors), vColors, GL_STATIC_DRAW);
setShaders();
//初始化VAO
GLuint vaoBuffer;
glGenVertexArrays(1, &vaoBuffer);
glBindVertexArray(vaoBuffer);
//通过设置VBO里面存储的数据模式完成VAO设置
glEnableVertexAttribArray(0);
glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, _vertexBuffer);
glVertexAttribPointer(
0,
3,
GL_FLOAT,
GL_FALSE,
0,
(void*)0
);
glEnableVertexAttribArray(1);
glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, _colorBuffer);
glVertexAttribPointer(
1,
4,
GL_FLOAT,
GL_FALSE,
0,
(void*)0
);
glBindVertexArray(0);
glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, 0);
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////
//上述所有的代码在初始化函数中调用
//只有绘制代码在渲染函数中调用
//使用VAO绘制
glBindVertexArray(vaoBuffer);
glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, 3);
glBindVertexArray(0);
}