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  • WebGL2系列之顶点数组对象

    使用了顶点缓冲技术后,绘制效率有了较大的提升。但是还有一点不尽如人意,那就是顶点的位置坐标、法向量、纹理坐标等不同方面的数据每次使用时需要单独指定,重复了一些不必要的工作。WebGL2提供了一种专门用于解决此问题的对象——顶点数组对象(VAO)。本节将介绍顶点数组对象。

    顶点数组对象,在WebGL1中,是一个扩展对象,该扩展对象的名称是OES_vertex_array_object;而在WebGL2中可以直接使用;如果你在WebGL1中已经使用过OES_vertex_array_object,那么你只需要了解在WebGL2和WebGL1的调用方式的差异即可

    下面会对顶点数组对象做详细的介绍。

    顶点数组对象

    顶点数组对象( VAO )是这样一种对象: 它封装了与顶点处理器有关的所有数据,它记录了顶点缓存区和索引缓冲区的引用,以及顶点的各种属性的布局而不是实际的数据。

    顶点数组对象的优点

    这样做的优点是: 一旦为一个 对象指定了一个VAO之后,可以ton通过对该VAO对象进行简单的绑定操作来导入对象的所有引用和状态。在之后绘制对象时候,不需要在手动来导入对象的引用和状态,VAO替你记住了它。
    通过VAO可以简化缓冲区的绑定过程,即可以减少代码的调用次数,也提升了WebGL状态切换的效率。

    案例:用顶点数组对象绘制两个三角形

    下面通过代码来说明顶点数组对象的使用,本案例代码绘制两个顶点色的三角形,最终显示的效果如下:

    var triangleArray = gl.createVertexArray();
            gl.bindVertexArray(triangleArray);
    
            var positions = new Float32Array([
                -0.5, -0.5, 0.0,
                0.0, -0.5, 0.0,
                0.0, 0.0, 0.0
            ]);
            var positionBuffer = gl.createBuffer();
            gl.bindBuffer(gl.ARRAY_BUFFER, positionBuffer);
            gl.bufferData(gl.ARRAY_BUFFER, positions, gl.STATIC_DRAW);
            gl.vertexAttribPointer(0, 3, gl.FLOAT, false, 0, 0);
            gl.enableVertexAttribArray(0);
            var colors = new Float32Array([
                1.0, 0.0, 0.0,
                0.0, 1.0, 0.0,
                0.0, 0.0, 1.0
            ]);
            var colorBuffer = gl.createBuffer();
            gl.bindBuffer(gl.ARRAY_BUFFER, colorBuffer);
            gl.bufferData(gl.ARRAY_BUFFER, colors, gl.STATIC_DRAW);
            gl.vertexAttribPointer(1, 3, gl.FLOAT, false, 0, 0);
            gl.enableVertexAttribArray(1);
    
            var triangleArray2 = gl.createVertexArray();
            gl.bindVertexArray(triangleArray2);
    
            var positions2 = new Float32Array([
                0.0, -0.0, 0.0,
                0.5, 0.0, 0.0,
                0.0, 0.5, 0.0
            ]);
            var positionBuffer2 = gl.createBuffer();
            gl.bindBuffer(gl.ARRAY_BUFFER, positionBuffer2);
            gl.bufferData(gl.ARRAY_BUFFER, positions2, gl.STATIC_DRAW);
            gl.vertexAttribPointer(0, 3, gl.FLOAT, false, 0, 0);
            gl.enableVertexAttribArray(0);
            var colors2 = new Float32Array([
                1.0, 1.0, 0.0,
                0.0, 1.0, 1.0,
                0.0, 1.0, 1.0
            ]);
            var colorBuffer2 = gl.createBuffer();
            gl.bindBuffer(gl.ARRAY_BUFFER, colorBuffer2);
            gl.bufferData(gl.ARRAY_BUFFER, colors2, gl.STATIC_DRAW);
            gl.vertexAttribPointer(1, 3, gl.FLOAT, false, 0, 0);
            gl.enableVertexAttribArray(1);
            ////////////////
            // DRAW
            ////////////////
            gl.clear(gl.COLOR_BUFFER_BIT);
    
            gl.bindVertexArray(triangleArray);
            gl.drawArrays(gl.TRIANGLES, 0, 3);
    
            gl.bindVertexArray(triangleArray2);
            gl.drawArrays(gl.TRIANGLES, 0, 3);

    定义三角形相关数据和缓冲区

    首先,定义了三角形的顶点数据和缓冲区和WebGL1的代码很类似,下面是一个三角相关数据定义的代码

    var triangleArray = gl.createVertexArray();
            gl.bindVertexArray(triangleArray);
    
            var positions = new Float32Array([
                -0.5, -0.5, 0.0,
                0.0, -0.5, 0.0,
                0.0, 0.0, 0.0
            ]);
            var positionBuffer = gl.createBuffer();
            gl.bindBuffer(gl.ARRAY_BUFFER, positionBuffer);
            gl.bufferData(gl.ARRAY_BUFFER, positions, gl.STATIC_DRAW);
            gl.vertexAttribPointer(0, 3, gl.FLOAT, false, 0, 0);
            gl.enableVertexAttribArray(0);
            var colors = new Float32Array([
                1.0, 0.0, 0.0,
                0.0, 1.0, 0.0,
                0.0, 0.0, 1.0
            ]);
            var colorBuffer = gl.createBuffer();
            gl.bindBuffer(gl.ARRAY_BUFFER, colorBuffer);
            gl.bufferData(gl.ARRAY_BUFFER, colors, gl.STATIC_DRAW);
            gl.vertexAttribPointer(1, 3, gl.FLOAT, false, 0, 0);
            gl.enableVertexAttribArray(1);

    可以看出除了前两行 创建VAO和绑定VAO代码外,其他的代码都是WebGL1一样的代码:

    • 定义坐标数组
    • 创建顶点坐标缓冲区
    • 绑定缓冲区并填充缓冲区数据
    • 把缓冲区分配给attribute变量
    • 启用attribute变量

    代码中定义了两种顶点信息:顶点坐标和顶点颜色

    创建另外一个三角形的相关数据的代码和第一个类似,不重复说明。

    VAO对象在创建顶点数据的作用

    现在回到前面两行代码:

    var triangleArray = gl.createVertexArray();
    gl.bindVertexArray(triangleArray);

    第一行代码创建了一个VAO对象,第二行代码绑定该VAO对象,这两行代码的作用是: 后面关于顶点缓冲对象的操作和状态,都会被记录到这个VAO对象中,以后绘制的时候,只需要调用gl.bindVertexArray方法,绑定该对象,就会自动使用相关的状态。

    VAO 对象在绘制的时候的作用

    下面在看绘制的代码

           gl.clear(gl.COLOR_BUFFER_BIT);// 清空颜色缓冲区
            // 绘制第一个三角形
            gl.bindVertexArray(triangleArray);
            gl.drawArrays(gl.TRIANGLES, 0, 3);
            // 绘制第二个三角形
            gl.bindVertexArray(triangleArray2);
            gl.drawArrays(gl.TRIANGLES, 0, 3);

    第一行代码,清空颜色缓冲区,和WebGL1一样;然后绘制第一个三角形,绘制时候,

    • 先调用 gl.bindVertexArray(triangleArray)把第一个三角形相关的缓冲区状态恢复,
    • 然后调用gl.drawArrays(gl.TRIANGLES, 0, 3)绘制

    绘制第二个三角形和第一个三角形类似;
    回顾下,如果不使用顶点数组对象,绘制第一个三角形的代码便是这样:

            gl.bindBuffer(gl.ARRAY_BUFFER, positionBuffer);
            gl.vertexAttribPointer(0, 3, gl.FLOAT, false, 0, 0);
            gl.enableVertexAttribArray(0);
            gl.bindBuffer(gl.ARRAY_BUFFER, colorBuffer);
            gl.vertexAttribPointer(1, 3, gl.FLOAT, false, 0, 0);
            gl.enableVertexAttribArray(1);
    
            gl.drawArrays(gl.TRIANGLES, 0, 3);

    绘制第二个三角形类似,由此可以看出,使用VAO对象之后,gl.bindVertexArray这一行代码相当于以下代码:

            gl.bindBuffer(gl.ARRAY_BUFFER, positionBuffer);
            gl.vertexAttribPointer(0, 3, gl.FLOAT, false, 0, 0);
            gl.enableVertexAttribArray(0);
            gl.bindBuffer(gl.ARRAY_BUFFER, colorBuffer);
            gl.vertexAttribPointer(1, 3, gl.FLOAT, false, 0, 0);
            gl.enableVertexAttribArray(1);

    也就是绑定缓冲区对象,分配attribute和启用attribute变量等等操作都可以在绘制的时候可以不再调用了。 有次可以看出,使用VAO对象的好处:

    • 减少代码量,提高开发效率
    • 提高绘制效率(因为减少了WebGL相关函数的调用,并且WebGL内部对VAO进行了优化)

    WebGL1中如何使用VAO

    在WebGL1.0中VAO是通过扩展方式提供的,首先需要获取对应的扩展对象:

    var ext = gl.getExtension("OES_vertex_array_object");

    如果返回的ext位null说明浏览器不支持该扩展。
    有了上面的ext对象,便可以创建VAO了:

    var vao = ext.createVertexArrayOES();

    有了VAO对象之后,就可以进行绑定操作:

    // bind
    ext.bindVertexArrayOES(vao);
    // unbind
    ext.bindVertexArrayOES(null);
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