VBO__PBO与FBO

     这个扩展用到ARB_vertex_buffer_object，它可以直接像顶点数组那样使用。唯一不同的地方在于它需要将数据载入显卡的高效缓存，因此需要占用渲染时间。

[参考文章1] 给出了一个使用VBO扩展的例子程序。

[参考文章2]罗列了与VBO操作相关的函数

[参考文章3]归纳出VBO扩展的用法流程，并总结出与纹理用法流程的相似性：

 

初始化阶段：
1. glGenBuffersARB(1, &nVBOVertices); //生成一个句柄
2. glBindBufferARB(GL_ARRAY_BUFFER_ARB, nVBOVertices); //声明该句柄为一个vbo句柄，并选择之
3. glBufferDataARB(GL_ARRAY_BUFFER_ARB, sizeof(vertices), vertices,GL_STATIC_DRAW); //将顶点集上传至server端

使用阶段：
1. glEnableClientState(GL_VERTEX_ARRAY); //开始使用vbo
2. glBindBufferARB(GL_ARRAY_BUFFER_ARB, nVBOVertices);  //选择当前使用的vbo
3. glVertexPointer(3, GL_FLOAT, 0, BUFFER_OFFSET(0));  //指定vbo顶点格式
4. glDrawArrays( GL_TRIANGLES, 0, g_pMesh->m_nVertexCount ); //画吧
5. glDisableClientState(GL_VERTEX_ARRAY); //停止使用vbo

收尾阶段：
1. glDeleteBuffersARB(1,&nVBOVertices); //删除句柄，同时删除server端顶点缓冲

再来看看纹理缓冲是怎么使用的，其实差不多：

初始化阶段：
1. glGenTextures(1, &texID);//创建句柄
2. glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, texID); //设置句柄类型
3. glTexImage2D(GL_TEXTURE_2D, 0, GL_RGBA, img->GetWidth(), img->GetHeight(), 0, GL_RGBA, GL_UNSIGNED_BYTE, raw_rgba); //上传纹理缓冲

使用阶段：
1. glEnable(GL_TEXTURE_2D); //开始使用纹理缓冲
2. glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, texID); //选择当前使用的纹理缓冲
3. 发送顶点和纹理坐标，画吧...省略
4. glDisable(GL_TEXTURE_2D); //停止使用纹理

收尾阶段：
1. glDeleteTextures(1,&texID);//删除句柄,，同时删除server端缓冲

 

参考文章：

1. NEHE教程第45讲 http://nehe.gamedev.net/data/lessons/lesson.asp?lesson=45 

2. http://hi.baidu.com/excerpts/blog/item/dde4e0ceeeee8c0692457e54.html

3. OpenGL VBO顶点缓冲的使用 http://www.cppblog.com/w2001/archive/2008/05/10/49376.aspx

4. Opengl Vertex Buffer Object http://www.songho.ca/opengl/gl_vbo.html

PBO Pixel Buffer Object

PBO,即Pixel Buffer Object也是用于GPU的扩展（ARB_vertex_buffer_object）。这里的缓存当然就是GPU的缓存。PBO与VBO扩展类似，只不过它存储的是像素数据而不是顶点数据。PBO借用了VBO框架和所有API函数形式，并加了上两个"target"标志。这两个标识是：

· GL_PIXEL_PACK_BUFFER_ARB 将像素数据传给PBO

· GL_PIXEL_UNPACK_BUFFER_ARB 从PBO得到像素数据

这里的“pack”还是“unpack”，可分别理解为“传给”和“得到”。它们也都可以统一理解为“拷贝”，也就是像素数据的“传递”。

    比如说，glReadPixel就是数据从帧缓存（framebuffer）到内存（memory），可理解为“pack”；glDrawPixel是从内存到帧缓存，可理解为“unpack”；glGetTexImage是从纹理对象到内存，可理解为“pack”；glTexImage2d从内存（memory）到纹理对象（texture object），可理解为“unpack”。

   下图是PBO与Framebuffer和Text对象之间的传递。

图1 opengl PBO

   使用PBO的好处是快速的像素数据传递，它采用了一种叫DMA（Direct Memory Access）的技术，无需CPU介入。另一个PBO的优点是，这种DMA是异步的。我们可以通过下面两张图来比较使用PBO的与传统的纹理传递的过程。

   图2是用传统的方法从图像源（如图像文件或视频）载入图像数据到纹理对象的过程。像素数据首先存到系统内存中，接着使用glTexImage2D将数据从系统内存拷贝到纹理对象。包含的两个子过程均需要有CPU执行。而从图3中，我们可以看到像素数据直接载入到PBO中，这个过程仍需要CPU来执行，但是从数据从PBO到纹理对象的过程则由GPU来执行DMA，而不需要CPU参与。而且opengl可安排异步DMA，不必马上进行像素数据的传递。因此，相比而言，图3中的glTexImage2D立即返回而不是马上执行，这样CPU可以执行其它的操作而不需要等待像素数据传递的结束。

图2 不使用PBO的纹理载入

图3 使用PBO的纹理载入

    GL_PIXEL_PACK_BUFFER_ARB用于将像素数据从opengl传递给应用程序，GL_PIXEL_UNPACK_BUFFER_ARB则是将像素数据从应用程序传递给opengl。 

生成PBO

   生成PBO分成3步：

   1. 用glGenBuffersARB()生成缓存对象；

   2. 用glBindBufferARB()绑定缓存对象；

   3. 用glBufferDataARB()将像素数据拷贝到缓存对象。

   如果在glBufferDataARB函数中将一个NULL的指针给源数组，PBO只会为之分配一个给定大小的内存空间。glBufferDataARB的另一个参数是关于PBO的性能参数（hint)，表明缓存对象如何使用。该参数取GL_STREAM_DRAW_ARB表明是载入，GL_STREAM_READ_ARB表明是异步帧缓存读出。

 

映射PBO

  PBO提供了一种将opengl控制的缓存对象与客户端地址空间进行内存映射的机制。所以客户端可通过glMapBufferARB()和glUnmapbufferARB就可以修改缓存对象的部分或整个数据。

   void* glMapBufferARB(GLenum target, GLenum access);

   GLboolean glUnmapBufferARB(GLenum target);        
   glMapBufferARB返回缓存对象的指针。参数target取GL_PIXEL_PACK_BUFFER_ARB或GL_PIXEL_UNPACK_BUFFER_ARB，参数access是能对映射缓存的操作，可取GL_READ_ONLY_ARB、GL_WRITE_ONLY_ARB和GL_READ_WRITE_ARB，分别表明可从PBO读、可向PBO写，可从PBO读也可向PBO写。

    要注意：如果GPU正在对缓存对象进行操作，glMapBufferARB不会返回缓存对象直到GPU结束了对缓存对象的处理。为了避免等待，在调用glMapBufferARB之前，先调用glBufferDataARB（用NULL指针作为参数），这时OpenGL将丢弃老的缓存对象，为新的缓存对象分配空间。

    在客户端使用PBO后，应调用glUnmapBufferARB来取消映射。glUnmapBufferARB返回GL_TRUE表明成功，否则返回GL_FALSE。

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Demo

例子程序pboUnpack.zip使用了不同方式来比较将纹理传给OpenGL的模式：

使用一个PBO； 使用两个PBO； 不使用PBO；

通过按空格键，可以不同模式间切换。

在PBO模式下，每帧的纹理源(像素)都是在映射PBO状态下直接写进去的。再通过调用glTexSubImage2D将PBO中的像素传递给纹理对象。通过使用纹理对象可以在PBO和纹理对象间进行异步DMA传递。它能大大提高像素传递的性能。
由于glTexSubImage2D立即返回，因此CPU能够直接进行其它工作，无需等待实际的像素传递。

图4 两个PBO更新纹理

为了将像素传递的性能最大化，可以使用多个PBO对象。图4中表明同时使用了两个PBO。在glTexSubImage2D将像素数据从PBO拷贝出来的同时，另一份像素数据写进了另一个PBO。
在第n帧时，PBO1用于glTexSubImage2D，而PBO2用于生成一个新的纹理对象了。再到n+1帧时，两个PBO则互换了角色。由于异步DMA传递，像素数据的更新和拷贝过程可同时进行，即CPU将纹理源更新到PBO，同时GPU将从另一PBO中拷贝出纹理。

例子程序pboPack.zip从窗口的左边读出（pack）像素数据到PBO，在更改它的亮度后，把它在窗口的右边绘制出来。通过按空格键，可以看glReadPixels的性能。

传统使用glReadPixels将阻塞渲染管道（流水线），直到所有的像素数据传递完成，才会将控制权交还给应用程序。相反，使用PBO的glReadPixels可以调度异步DMA传递，能够立即返回而不用等待。因此，CPU可以在OpenGL(GPU)传递像素数据的时候进行其它处理。

例子程序也使用了两个PBO，在第n帧时，应用帧缓存读出像素数据到PBO1中，同时在PBO中对像素数据进行处理。读与写的过程可同时进行，是因为，在调用glReadPixels时立即返回了，而CPU立即处理PBO2而不会有延迟。在下一帧时，PBO1和PBO2的角色互换。

参考文章

1. http://www.songho.ca/opengl/gl_pbo.html

2. http://hacksoflife.blogspot.com/2006/10/vbos-pbos-and-fbos.html

3. http://www.paulsprojects.net/opengl/rtotex/rtotex.html

FBO Frame Buffer Object

在OpenGL渲染流水线上，几何数据和纹理数据被多次转换、多次测试，最后以2维像素的形式显示在屏幕上。而OpenGL流水线上最后显示阶段像素所在处，称为帧缓存。帧缓存可视为2维数组，或OpenGL使用的存储区域，它包括了：颜色缓存、深度缓存、模板缓存和累积缓存。
一般情况下，帧缓存由window系统生成并管理，供OpenGL使用。这种缺省的帧缓存称之为“window系统生成”（window-system-provided）的帧缓存。

在OpenGL扩展中，GL_EXT_framebuffer_object提供了另外一种不能够显示的帧缓存接口，帧缓存对象（FBO）。这种帧缓存称之为“应用生成”帧缓存，以区别于“window系统生成”帧缓存。通过使用帧缓存对象（FBO），OpenGL应用程序可以将显示内容输出到“应用生成”帧缓存，而不是传统的“window系统生成”帧缓存。这个过程全部由OpenGL控制。 

和window系统提供的帧缓存一样，FBO也有一组相应存储颜色、深度和模板（注意没有累积）数据的缓存区域。我们把FBO中存储这些数据的区域称之为“缓存关联图像”（framebuffer-attached image）。它完全由OpenGL管理控制。

缓存关联图像分为两类：纹理缓存和渲染（显示）缓存（renderbuffer）。如果纹理对象的图像数据关联到帧缓存，opengl执行的将是“渲染到纹理”（render to texture）操作。如果渲染缓存对象的图像数据关联到帧缓存，opengl执行的将是“离线渲染”（offscreen rendering）。

渲染缓存对象是GL_EXT_framebuffer_object中定义的新的一种存储类型。这用于渲染过程中存储单幅2维图像。下面的图1描述了FBO、纹理对象和渲染缓存对象之间的关系。

                                图1 FBO、纹理对象和渲染缓存对象之间的关系

 从图中可以看出，FBO有多个颜色关联：(GL_COLOR_ATTACHMENT0_EXT,..., GL_COLOR_ATTACHMENTn_EXT), 一个深度关联(GL_DEPTH_ATTACHMENT_EXT)和一个模板关联 (GL_STENCIL_ATTACHMENT_EXT)。颜色关联的数目最少有一个，最大数目是与实体的显卡相关的，可以GL_MAX_COLOR_ATTACHMENTS_EXT查询得到。FBO采用多个颜色关联，这样可以同时将多个颜色缓存渲染（绘制）到多个FBO关联存储区，即“多渲染目标”MRT（multiple render target）。MRT可用GL_ARB_draw_buffers完成。

注意：FBO本身并没有图像数据存储区，只有多个关联。

 

 FBO提供了一种高效的切换机制：将前一个帧缓存关联图像从FBO分离，将一个新的可关联帧缓存图像与FBO关联。FBO对帧缓存关联图像的切换要比对FBO的切换速度更快。用glFramebufferTexture2DEXT()，可以进行二维纹理对象的切换，用glFramebufferRenderbufferEXT可切换渲染缓存对象。

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FBO的生成

FBO的生成过程与VBO的生成过程类似。

glGenFramebuffersEXT()

void glGenFramebuffersEXT(GLsizei n, GLuint* ids) void glDeleteFramebuffersEXT(GLsizei n, const GLuint* ids)

glGenFramebuffersEXT需要两个参数，一个是要生成的帧缓存个数，一个是存储帧缓存ID的地址指针。如果帧缓存的ID为0，表明为缺省的帧缓存，也即window系统生成的帧缓存。

glDeleteFramebuffersExt可用于删除不再使用的FBO。

glBindFramebufferEXT()

void glBindFramebufferEXT(GLenum target, GLuint id)

 一旦生成FBO，可用glBindFramebufferEXT来启用它。第一个参数target应为GL_FRAMEBUFFER_EXT,第二个参数为FBO的ID。如果不再使用FBO，应调用该函数，这时参数ID置为0。

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渲染缓存对象

 渲染缓存对象是新添加的，专门用于离线渲染。它允许将一个场景直接渲染到一个渲染缓存对象中，而不是渲染到纹理对象。渲染缓存对象是用于存储单幅图像的简单存储对象。该图像是按一种可渲染的内部格式存储。可以说，渲染缓存对象是存储OpenGL的逻辑缓存，它不具有像纹理那样的格式。

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glGenRenderbuffersEXT()

void glGenRenderbufferEXT(GLsizei target, GLuint* ids)

void glDeleteRenderbuffersEXT(GLsizei n, const GLuint* ids)

glGenRenderbuffersEXT一旦生成渲染缓存， 返回非零整数。

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glBindRenderbufferEXT()

void glBindRenderbufferEXT(GLenum target, GLuint id)

和其它OpenGL对象一样，你需要在使用它之前对渲染缓存对象进行绑定。其中的target参数应为GL_RENDERBUFFER_EXT。

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glRenderbufferStorageEXT()

void glBindRenderbufferEXT(GLenum target, GLuint id)

生成了渲染对象后，还需要分配空间存储数据。glRenderbufferStorageEXT用来完成这件事。该函数的第一个参数必须是GL_RENDERBUFFER_EXT。第二个参数可以是用于颜色的（如GL_RGB, GL_RGBA等等），用于深度的（GL_DEPTH_COMPOENT），用于模板的（GL_STENCIL_INDEX）。渲染缓存存储的图像其大小还是按像素的宽×高来计算，它不得大于常量GL_MAX_RENDERBUFFER_SIZE_EXT；否则会产生GL_INVALID_VALUE的错误。

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glGetRenderbufferParameterivEXT()

void glGetRenderbufferParameterivEXT(GLenum target, GLenum param,

GLint* value);

 用glGetRenderbufferParameterivEXT可以得到当前渲染对象的属性参数。target必须为GL_RENDERBUFFER_EXT,第二个参数param从下面的常量中取，value为得到返回值的指针。

  GL_RENDERBUFFER_WIDTH_EXT
  GL_RENDERBUFFER_HEIGHT_EXT
  GL_RENDERBUFFER_INTERNAL_FORMAT_EXT
  GL_RENDERBUFFER_RED_SIZE_EXT
  GL_RENDERBUFFER_GREEN_SIZE_EXT
  GL_RENDERBUFFER_BLUE_SIZE_EXT
  GL_RENDERBUFFER_ALPHA_SIZE_EXT
  GL_RENDERBUFFER_DEPTH_SIZE_EXT
  GL_RENDERBUFFER_STENCIL_SIZE_EXT
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将图像与FBO关联

FBO本身并没有存储任何图像，我们只是将帧缓存可关联图像（纹理和渲染对象）与FBO进行了关联。这种机制可以让我们在FBO中进行帧缓存可关联图像的快速切换。这样就用不着不必要地拷贝，也减少了内存消耗。比如说一个纹理可与多个FBO关联，这样它的图像存储区就能够让多个FBO共享。

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   将一个纹理关联到FBO

glFramebufferTexture2DEXT(GLenum target,

                         

GLenum attachmentPoint,

                         

GLenum textureTarget,

                         

GLuint textureId,

                         

GLint  level)

glFramebufferTexture2DEXT可将2D纹理图像关联到FBO上。第一个参数target必须为GL_FRAMEBUFFER_EXT。参数attachment为FBO上的关联点。FBO上有多个颜色关联点（GL_COLOR_ATTACHMENT0_EXT, ..., GL_COLOR_ATTACHMENTn_EXT），一个GL_DEPTH_ATTACHMENT_EXT和GL_STENCIL_ATTACHMENT_EXT。参数textureTarget大数多情况下为GL_TEXTURE_2D。参数textureId为纹理对象的ID号。参数level为关联的纹理的mipmap等级。

如果textureId取0，则当前关联的纹理将与FBO分离。如果纹理对象被删除了，还它关联着一个FBO的话，该纹理图像会自动与其分离。如果它关联的是多个FBO，它删除时只与当前的FBO分离，不会与其它FBO分离。

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   将一个渲染缓存图像关联到FBO

glFramebufferRenderbufferEXT(GLenum target,

                         

GLenum attachmentPoint,

                         

GLenum renderbufferTarget,

                         

GLuint renderbufferId)

渲染缓存图像可用glFramebufferRenderbufferEXT，来与FBO关联。参数target和attachmentpoint和前一个函数glFramebufferTexture2DEXT一样。第三个函数必须为GL_RENDERBUFFER_EXT, 参数renderbufferId为渲染对象的Id。

如果renderbufferId设为0，当前FBO中的渲染图像将与其分离。如果渲染对象删除时还与FBO关联着，那它会自动与当前的FBO分离，但不会与其它关联的FBO分离。

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检查FBO状态

 在图像（纹理或渲染缓冲）与FBO关联，在招待FBO的操作之前，都需要对FBO的状态进行检查。获取FBO状态函数为glCheckFramebufferStatusEXT。如果FBO不完整，那么绘制和读取的命令（glBegin(), glCopyTexImage2D()等）都会失败。

GLenum glCheckFramebufferStatusEXT(GLenum target);

glCheckFramebufferStatusEXT对当前帧缓存的参数和相关联的图像进行验证。注意该函数不能在glBegin()/glEnd()函数对中间使中。target参数必须为GL_FRAMEBUFFER_EXT。它返回一个非零的状态值。如果FBO通过了检查，则返回GL_FRAMEBUFFER_COMPLETE_EXT。

   FBO必须满足以下条件：

· 关联图像的宽高不能为0；

· 如果关联图像关联的是颜色关联点，那么图像必须为颜色可渲染的内部格式（如GL_RGBA, GL_DEPTH_COMPONENT, GL_LUMINANCE等）；

· 如果关联图像关联的是GL_DEPTH_ATTACHMENT_EXT，图像必须是深度可渲染的内部格式（GL_DEPTH_COMPONENT, GL_DEPTH_COMPONENT24_EXT等）。

· 如果关联图像关联的是GL_STENCIL_ATTACHMENT_EXT，图像必须是模板可渲染的内部格式（GL_STENCIL_INDEX, GL_STENCIL_INDEX8_EXT等）。

· FBO必须至少有一个图像关联；

· 所有关联到颜色关联点的图像必须使用同一个内部格式。

注意，即使所有的条件都得到满足，opengl驱动程序可能也不支持某些内部格式和参数的组合。如果出现这种情况，glCheckFramebufferStatusEXT将返回GL_FRAMEBUFFER_UNSUPPORTED_EXT.

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示例：渲染到纹理

 示例源程序：fbo.zip

有时，你可能需要生成动态的纹理，如做镜面效果、动态立方体/环境贴图、阴影等效果时。动态纹理

可以通过将渲染的场影绘制到纹理上来完成这些效果。传统解决渲染到纹理的方法是将场景绘制到普通的帧缓存上，然后用glCopyTexSubImage2D拷贝帧缓存图像到纹理上。

使用FBO，我们可以直接将场景绘制到纹理上，而用不着window系统提供的帧缓存。而且，我们可以减少数据拷贝（从帧缓存到纹理）的过程。

例程中提供了用FBO和不用FBO来完成渲染到纹理的代码，以例比较它们的性能。除了性能上的优点，如果纹理分辩率大于无FBO模式下渲染窗口的大小，窗口区域外的部分将被裁剪，但FBO不会出现这种问题。你可以生成比显示窗口大得多的帧缓存图像。

   以下代码在渲染循环启动之前，先对FBO和帧缓存可关联图像进行了设置（初始化）。程序中，不仅纹理图像关联到FBO，一个渲染缓存图像也关联到FBO的深度关联点。我们并没有实际用到这个深度缓存，只不过，FBO本身需要用它来做深度测试。我们如果没有把一个深度可渲染图像关联到FBO，那么可能会因为不能进行深度测试而无法进行成功渲染。如果渲染过程中需要模板测试，也可以在程序中加上可渲染图像与GL_STENCIL_ATTACHMENT_EXT关联。

渲染到纹理的过程和普通绘制过程一样。我们只需将渲染的目的地放在FBO即可。

注意，glGenerateMipmapEXT（）也是作为FBO扩展的一部分，用于在修改纹理图像的基级(base level)之后，显式生成mipmap。如果GL_GENERATE_MIPMAP设置为GL_TRUE,glTex{Sub}Image2D()和glCopyTex{Sub}Image2D()将激活自动mipmap的生成。然而，在纹理的基级修改后，FBO不会自动生成它的MIPMAP。这是因为FBO不调用glCopyTex{Sub}Image2D()来修改纹理。因此，glGenerateMipmapEXT()必须显式的调用来生成mipmap。

 

参考文章

http://www.gamedev.net/reference/articles/article2331.asp

http://www.physdev.com/articles/

http://www.builder.com.cn/2008/0703/963021.shtml

http://www.songho.ca/opengl/gl_fbo.html