OpenGL Vertex Buffer Objects(VBOs) 之 一

　　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。

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。）

　　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：

//mVertexBufferObject为VBO对象ID
    GLsizeiptr VertDataSize = XSCALE * ZSCALE * sizeof(CVector3);
    glGenBuffers(1, &mVertexBufferObject);
    glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, mVertexBufferObject);
    glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, VertDataSize, Waterpos, GL_STREAM_DRAW);

    GLsizeiptr TexCoordDataSize = XSCALE * ZSCALE * sizeof(TexCoord);
    glGenBuffers(1, &mTexCoordBufferObject);
    glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, mTexCoordBufferObject);
    glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, TexCoordDataSize, Watertex, GL_STREAM_DRAW);

    GLsizeiptr NormalDataSize = XSCALE * ZSCALE * sizeof(CVector3);
    glGenBuffers(1, &mNormalBufferObject);
    glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, mNormalBufferObject);
    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：

//
    glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, mVertexBufferObject);
    glEnableClientState(GL_VERTEX_ARRAY);
    glVertexPointer(3, GL_FLOAT, 0, 0);

    glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, mNormalBufferObject);
    glEnableClientState(GL_NORMAL_ARRAY);
    glNormalPointer(GL_FLOAT, 0, 0);
          ........

       glDrawArrays(GL_QUADS, 0, VertexCount);

          .........
    glDisableClientState(GL_NORMAL_ARRAY);
    glDisableClientState(GL_VERTEX_ARRAY);
    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：

glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, BufferName[COLOR_OBJECT]);
glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, ColorSize, NULL, GL_STREAM_DRAW);
GLvoid* ColorBuffer = glMapBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, GL_WRITE_ONLY);

glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, BufferName[POSITION_OBJECT]);
glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, PositionSize, NULL, GL_STREAM_DRAW);
GLvoid* PositionBuffer = glMapBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, GL_WRITE_ONLY);

memcpy(ColorBuffer, ColorData, ColorSize);
memcpy(PositionBuffer, PositionData, PositionSize);

glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, BufferName[COLOR_OBJECT]);
glUnmapBuffer(GL_ARRAY_BUFFER);
glColorPointer(3, GL_UNSIGNED_BYTE, 0, 0);

glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, BufferName[POSITION_OBJECT]);
glUnmapBuffer(GL_ARRAY_BUFFER);
glVertexPointer(2, GL_FLOAT, 0, 0);

　　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。

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

本文参考资料：OpenGL Vertex Buffer Objects、OpenGL Vertex Buffer Object(VBO)

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内容扩展：

　　Vertex Buffer Objects(VBOs)是一组保存在显存中的数据，这些数据可以是顶点，顶点颜色，顶点法线，顶点索引或贴图坐标等等。由于这些数据都是保存在显存中的，而且可以随时修改数据或整块替换数据，这样就极大的提高了显卡的工作效率和渲染的速度。VBO的概念类似于D3D中的顶点缓冲和索引缓冲的概念。这篇文章将通过实际的例子来说明在openGL中如何使用VBOs，并且和使用传统的glVertex()函数定义顶点和使用glCallList()函数进行比较。

 　　现在要渲染一个模型，首先定义该模型的顶点数组。

struct myVertex
{
      GLfloat x,y,z;      // vertex

      GLfloat nx,ny,nz;   // noraml
};

　　这里定义了一个结构体数据，包括顶点和法线，它们都是浮点型的，所以该结构体一共占用4*6=24字节的空间。有了顶点结构体后，为了提供顶点间连接的信息，我们还需要定义索引数组。

myVertex *vertexData;

GLuint *indexData;

　　这里使用无符号的整型定义了一个定点数组的指针，myVertex *vertexData是用我们定义的顶点结构体定义了一个顶点数据指针。在使用VBO之前，我们先将数据初始化到顶点数组和索引数组中。假设现在顶点数据和索引数组都有数据，现在就可以使用VBO了。使用VBO和使用其他openGL的一些对象差不多，使用前都要先申请和创建。使用VBO也要先创建对象。

GLuint BufferName[2];

glGenBuffers(2, BufferName);

　　为了将顶点数据和索引数据能放到对应的缓存中，这里定义了一个保存两个缓存id的BufferName数组。然后使用glGenBuffers()函数申请2个缓存id。申请到id后立即为要使用的缓存分配空间和初始化。

glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, BufferName[0]);

glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, vertexSize, vertexData, GL_STATIC_DRAW);

 
glVertexPointer(3, GL_FLOAT,24,0);

glNormalPointer(GL_FLOAT, 24, (GLvoid*)12);

　　上面的代码中，glBindBuffer表示绑定一个要使用的buffer对象，该函数有2个参数，该函数的原型为 

void glBindBuffer(GLenum target, GLuint buffer);

　　参数target表示buffer的类型，参数buffer表示id。第一个buffer里要保存顶点数据，所以指定为GL_ARRAY_BUFFER为即可。绑定完一个buffer对象后，然后让这个buffer关联到数据上。这里使用函数glBufferData该函数为绑定的buffer指定要放入的数据，它的原型为

void glBufferData(GLenum target, GLsizeiptr size, const GLvoid* data, GLenum usage);

　　同样参数target表示使用的buffer的类型， size的类型是GLsizeiptr，该类型表示一个指向size的一个指针，在使用之前，先要求得放入buffer中数据的大小。 可以通过下面的代码简单的求出顶点数据共占用的显存空间。data表示要放到该buffer中的顶点数组的指针，usage表示用法，这里指定为GL_STATIC_DRAW表示该buffer只能修改一次，但可多次读取。

GLsizeiptr vertexSize = number_of_vertex * sizeof(myVertex);

　　现在已经在顶点缓存中放入了顶点数据，但是显卡是不知道这些数据中哪些是顶点，哪些是法线等等。于是我们还要告诉显卡哪些数据是用来干什么的。同样openGL中提供了glVertexPointer和glNormalPointer分别来管理不同的数据。于是我们看了上面这样的代码。

glVertexPointer(3, GL_FLOAT,24,0);

glNormalPointer(GL_FLOAT, 24, (GLvoid*)12);

　　函数glVertexPointer中，第一个参数表示顶点的维数，比如2维，3维或4维。第二个参数表示顶点的类型，第三个参数表示每隔多少字节顶点数据开始重复，最后一个参数表示顶点开始位置的偏移。由于我们顶点每个是24字节，并且连续保存在显存中，于是每隔24字节就开始重复。函数glNormalPointer中，第一个参数表示法线的数据类型，第二参数还是表示每隔多少字节开始重复，最后一个参数表示法线开始位置的偏移量。由于在顶点数据中前12字节是顶点坐标，后12个字节才是法线，于是法线数据开发的偏移量就是12个字节。我们可以通过下面的图清楚的看到这些数据之间的关系。 

 

Fig1 顶点数据在显存中的存储

 顶点数据处理完后，接下来就是顶点索引数据了。和顶点数据一样，要使用索引缓存，也要先绑定索引到buffer中。

glBindBuffer(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, BufferName[1]);

glBufferData(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, indexSize, indexData, GL_STATIC_DRAW);

　　使用索引缓存的话，在glBindBuffer函数中，target就要选择GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER，然后绑定到第二个buffer。之后同样用函数glBufferData将索引数据放到buffer中。这里的indexSize也是Glsizeiptr类型。

GLsizeiptr indexSize = number_of_face*3*sizeof(GLuint);

　　上面的代码可以求出索引缓存的大小，由于mesh的一个三角形使用3个顶点索引，所以索引缓存的大小是三角形的个数乘以3再乘以索引数据类型所占的字节数。

有了所有这些数据后，最后在渲染的时候，我们就可以使用函数glDrawElements绘制对象了。

glEnableClientState(GL_VERTEX_ARRAY);

     

glDrawElements(GL_TRIANGLES, number_of_face*3, GL_UNSIGNED_INT,  0);

 

glDisableClientState(GL_VERTEX_ARRAY);

　　绘制前开开启客户端处理功能。函数glDrawElements中，第一个参数表示索引那种图元来连接。第二个参数表示要渲染多少个这种图元，第三个参数表示索引的数据类型，最后一个参数表示索引开始位置的偏移量。

 

参考：

http://blog.csdn.net/zhangci226/article/details/5610849