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学一学,VBO

 VBO,全称Vertex Buffer Object,与FBO,PBO并称,但它实际上老不少。就某种意义来说,它就是VA(Vertex Array)的升级版。——ZwqXin.com

事实上,对VBO的接触可以追溯到当初接触FBO之后[学一学,FBO] 。那时候还在做Shadow Volume吧,见识到FBO的强大之后,就想把VBO也学了——于是不觉得有什么难理解和难应用的地方,就把构造Volume(多侧面锥体)的任务交给它了——谁知道(应该说,想当然知道),失败了。结果大概忘记了,反正不会不糟糕。因为想把时间继续放在Shadow Volume算法学习上[Shadow Volume 阴影锥技术之探Ⅴ] ,就放弃使用VBO了。 而如今再次拿起来,想学的成分和不甘心的成分都有吧,用于最近做的水效DEMO[水效果Ⅰ - 水池] 上 ,构造网格看看吧。

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      原文地址:http://www.zwqxin.com/archives/opengl/learn-vbo.html

1.“客户端状态”和“服务端状态”

从VBO的作用说起吧。VBO出现的背景是人们发现VA还有不让人满足的地方。一般,在OpenGL里,提高顶点绘制速度的手法,一是把常规的glBegin() - glEnd()类代码段放入一个显示列表中(通常在初始化阶段完成),然后每遍渲染都调用这个显示列表;二是使用顶点数组,把顶点以及顶点属性数据作为数组,渲染的时候直接用一个或几个函数调动这些数组里的数据进行绘制,形式上是减少函数调用的次数(glVertex再见),提高绘制效率。但是这两种方法都有缺点。在说这个之前,应该对“客户端状态”和“服务端状态”两个名词有点了解。

OpenGL是个状态机,我们通常见到的glEnable - glDisable函数就是通知OpenGL开启/关闭某种状态的,譬如光照、深度检测等等。但是也有glEnableClientState - glDisableClientState这对。它们的区别是通知的具体对象在概念上不一样——分别是服务端和客户端。事实上我也无法很清楚地告诉你区别之处,反正你把你电脑上的具体程序,包括它用到的内存等等看作客户端,把你电脑里面的——显卡里的OpenGL“模块”,乃至整张拥有OpenGL流水线、硬件实现OpenGL功能的显卡,作为服务端。它们各自维护一些“状态”,glEnable 等是直接维护流水线处理相关的状态的,glEnableClientState 维护的则是进入流水线前的状态。流水线早期的T&L阶段,程序的顶点数据就被获知而接受处理了。至于顶点是怎么来的——是glVertex来的,还是glDrawArray来的,流水线没必要知道——这就是客户端的任务,所以是否使用顶点数组(作为一种状态是否需要被启动)都是由客户端决定。显示列表的glCallList比较特殊,它绕过客户端,直接通知服务端把之前初始化时设定的代码段所映射的硬件设置“启亮”,这是相当于直接把显存的某一段占有而随时呼唤了,硬件对此命令没有丝毫犹豫地接受,对该呼唤的答应变成一种“神经反射”行为——这是最理想最高级的“绘制”。

2. VBO,存在的理由

VBO出现的背景是人们发现VA还有不让人满足的地方,同样,显示列表也是。VA(顶点数组)是在客户端设置的,所以执行这类函数(glDrawArray,glDrawElement等等)后,客户端还得把得到的顶点数据向服务端传输一次(所谓的“二次处理”),这样一来就有了不必要的动作了,降低了效率——如果我们写的函数能直接把顶点数据发给服务端就好了——这正是VBO的特性之一。你可能会说,既然上面说到显示列表这么强大,用显示列表不就好了?显示列表的缺点正在于它的古板——一旦设定,就不容许更改,所以它只适合对一些“固定”的东西的绘制进行包装。(我们无办法直接在硬件层改顶点数据,因为这是脱离了流水线的事物。)而VBO直接把顶点数据交到流水线的第一步,与显示列表的效率还是有差距,但它这样就得到了操作数据的弹性——渲染阶段,我们的VBO绘制函数持续把顶点数据交给流水线,在某一刻我们可以把该帧到达了流水线的顶点数据捏回客户端修改(Vertex mapping),再提交回流水线(Vertex unmapping),(或者用glBufferData或glBufferSubData重新全部/部分提交更改了的顶点数据,)这是VBO的另一特性。

或者说,VBO结合了VA和显示列表的这个说法不太妥当,应该说它结合了两者的一些的特性,绘制效率在两者之间,且拥有良好的数据更改弹性。这种折衷造就了它一直为目前“最高”的地位。

3.VBO的使用

VBO的使用一方面跟FBO相似(应该调转一下主谓),另一方面与VA相似,绘制部分函数的样子根本就是同一个(毕竟叫作VA的升级版嘛)。以前VBO用不成功,现在用VBO最初也老出问题,其实不是没掌握好VBO而是没掌握好VA。的确,顶点数组是我学过而没怎么用过的OpenGL功能,一直偏向于使用容易理解的glVertex,glNormal系列,这种倾向希望从今天开始改变吧。

初始化部分:

  1.  
  2. //mVertexBufferObject为VBO对象ID
  3.     GLsizeiptr VertDataSize = XSCALE * ZSCALE * sizeof(CVector3);
  4.     glGenBuffers(1, &mVertexBufferObject);
  5.     glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, mVertexBufferObject);
  6.     glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, VertDataSize, Waterpos, GL_STREAM_DRAW);
  7.  
  8.     GLsizeiptr TexCoordDataSize = XSCALE * ZSCALE * sizeof(TexCoord);
  9.     glGenBuffers(1, &mTexCoordBufferObject);
  10.     glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, mTexCoordBufferObject);
  11.     glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, TexCoordDataSize, Watertex, GL_STREAM_DRAW);
  12.     
  13.     GLsizeiptr NormalDataSize = XSCALE * ZSCALE * sizeof(CVector3);
  14.     glGenBuffers(1, &mNormalBufferObject);
  15.     glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, mNormalBufferObject);
  16.     glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, NormalDataSize, Waternorm, GL_STREAM_DRAW);

跟FBO[学一学,FBO]很像吧。其他顶点属性(包括顶点位置glVertex,顶点法线glNormal,顶点颜色glColor,顶点纹理坐标glTexCoord,顶点雾坐标等等,或者shader的attribute属性变量)也是类似的。其中,Waterpos等储存了具体的数据(注意数据存放次序呀,一般栽会栽在这里)。GL_STATIC_DRAW,GL_STREAM_DRAW,GL_DYNAMIC_DRAW用于给OpenGL系统提醒:预期数据是一直不变、数据每帧变一次或几帧变一次、数据每帧变两三次以上,方便硬件内部优化吧。

渲染部分:

  1. //
  2.     glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, mVertexBufferObject);
  3.     glEnableClientState(GL_VERTEX_ARRAY);
  4.     glVertexPointer(3, GL_FLOAT, 0, 0);
  5.  
  6.     glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, mNormalBufferObject);
  7.     glEnableClientState(GL_NORMAL_ARRAY);
  8.     glNormalPointer(GL_FLOAT, 0, 0);
  9.           ........
  10.  
  11.        glDrawArrays(GL_QUADS, 0, VertexCount);
  12.  
  13.           .........
  14.     glDisableClientState(GL_NORMAL_ARRAY);
  15.     glDisableClientState(GL_VERTEX_ARRAY);
  16.     glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, 0);

简直就是VA!对吧(虽然我没什么感觉)。记得前后要对VBO进行绑定和解绑哦,跟FBO一样的流程了。

4.数据更改的方式

其实前面也提到了,就是三种:1.重新对VBO对象进行绑定,用glBufferData把新数据交给VBO。它在当前帧执行,会把当前VBO内容清空,放入新数据后继续;2.glBufferSubData只更新VBO中部分数据,但是如果当前数据正在进行中,它会等待数据全部发送完毕,然后待把某部分改好了再全部发送;3.glMapBuffer - glUnMapBuffer,如上所述,数据会全传回来再传过去。这里是参考资料的一断代码,可参考:

  1. glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, BufferName[COLOR_OBJECT]);
  2. glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, ColorSize, NULL, GL_STREAM_DRAW);
  3. GLvoid* ColorBuffer = glMapBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, GL_WRITE_ONLY);
  4.  
  5. glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, BufferName[POSITION_OBJECT]);
  6. glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, PositionSize, NULL, GL_STREAM_DRAW);
  7. GLvoid* PositionBuffer = glMapBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, GL_WRITE_ONLY);
  8.  
  9. memcpy(ColorBuffer, ColorData, ColorSize);
  10. memcpy(PositionBuffer, PositionData, PositionSize);
  11.  
  12. glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, BufferName[COLOR_OBJECT]);
  13. glUnmapBuffer(GL_ARRAY_BUFFER);
  14. glColorPointer(3, GL_UNSIGNED_BYTE, 0, 0);
  15.  
  16. glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, BufferName[POSITION_OBJECT]);
  17. glUnmapBuffer(GL_ARRAY_BUFFER);
  18. glVertexPointer(2, GL_FLOAT, 0, 0);

对本文有问题可在我的网站www.zwqxin.com一起讨论讨论?本文参考资料:OpenGL Vertex Buffer ObjectsOpenGL Vertex Buffer Object(VBO)

对VBO的初步学习先到此吧。接下来我会根据自己实际应用的经验,谈谈怎么控制顶点数据中顶点顺序的问题,构造网格不能简单使用glDrawArrays,而应该通过建立顶点索引,用GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER下的glDrawElements绘制;同时谈谈对于纹理坐标这种一顶点可能存在多个的问题(多重纹理),怎样设置VBO的问题。并可能简单介绍Interleaved arrays 、Serialized arrays这类用法。

好吧。见下篇文章吧:[索引顶点的VBO与多重纹理下的VBO]

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  • quote 2.lgc
  • 博主的文章真是难得,学习了!最近应该会经常光顾。
  • 2014-3-9 16:38:04 回复该留言

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