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);
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////
}
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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(2)开启/关闭VBO
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(3)VBO绘制
////////////////////////////////////////////////////////////////////////// //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以上便是旧式OpenGL中实现VBO的API，使用过程如下：
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);
}Shader部分
：
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;
}片元Shader
#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 <<AB是一家?VAO与VBO>>
(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);
}