子龙山人带你学习OpenGL ES 2.0 :使用VBO索引

大家好,我是子龙山人。我现在在厦门 Cocos2D-X 团队做游戏引擎开发。

我是一个技术 Geek,我喜欢研究好玩的技术,同时我也是一个 Emacs 党。

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上一篇文章中,我们介绍了uniform和模型-视图-投影变换,相信大家对于OpenGL ES 2.0应该有一点感觉了。在这篇文章中,我们不再画三角形了,改为画四边形。下篇教程,我们就可以画立方体了,到时候就是真3D了,哈哈。

为什么三角形在OpenGL教程里面这么受欢迎呢?因为在OpenGL的世界里面,所有的几何体都可以用三角形组合出来。我们的四边形也一样,它可以用两个三角形组合出来。

你的第一个四边形

首先,因为OpenGL里面没有直接绘制四边形的命令的,所以我们需要画两个三角形来拼成一个四边形。这样的话,这样的话我们一共需要6个顶点。这6个顶点的坐标如下所示:

float vertercies[] =
    { -1,-1,
    1, -1,
    -1, 1,
    -1, 1,
    1,1,
    1, -1};

此时,我们还需要修改glDrawArray和CC_INCREMENT_GL_DRAWN_BATCHES_AND_VERTICES宏,如下所示:

//注意3个顶点,变成了6个顶点,这里一定要改成6,否则OpenGL只会画3个顶点
    glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, 6); 
    glBindVertexArray(0);
//这里的6是可选的,改成6可以更好地与cocos2d-x引擎融合
    CC_INCREMENT_GL_DRAWN_BATCHES_AND_VERTICES(1, 6);

此时,运行程序,你会发现只有一个三角形。那是因为我们的顶点属性color只有3份,现在6个顶点了,所以也需要6份颜色数据。另外,为了显示好看,这里把6个颜色统一修改成绿色:

float color[] = { 0, 1,0, 1,
                    0,1,0, 1,
                    0, 1, 0, 1,
                    0, 1,0, 1,
                    0,1,0, 1,
                    0,1, 0, 1};

同时,记得把上一篇教程中设置的uniform u_color也重置一下:

float uColor[] = {1.0, 1.0, 1.0, 1.0};
glUniform4fv(uColorLocation,1, uColor);

怎么样,画4边形不过如此吧,只需要多准备点数据就行啦。另外,注意一下三角形的顶点顺序。不过,细心的读者立马就会发现,我们的顶点数据里面有两个顶点是重复的。这其实是一种内存浪费。假设我们现在渲染一个复杂的模型,它可能包含几千个三角形,如果采用这种方式,那不知道要浪费多少内存。接下来,我们要介绍一种方法,使用索引数组来重用顶点数据。

使用VBO索引

VBO索引原理

索引缓冲区存储的是整数;每个三角形有三个整数索引,用索引就可以在各种属性缓冲区(顶点坐标、颜色、UV坐标、其他UV坐标、法向缓冲区等)中找到顶点的信息。这有点像OBJ文件格式,但有一点相差甚远:索引缓冲区只有一个。这意味着若两个三角形共用一个顶点,那这个顶点的所有属性对两个三角形来说都是一样的。

修改原始顶点数据 把vertercies修改为下面的样子:

float vertercies[] =
       { -1,-1,
       1, -1,
       -1, 1,
       1,1};

从上面的顶点数据可以看出,这4个点刚好就是normalized device space的四个边界的顶点。

指定2个三角形的索引 我们需要为两个三角形指定索引数据,如下所示:

GLubyte indices[] = { 0,1,2,  //第一个三角形索引
                    2,3,1}; //第二个三角形索引

创建索引缓冲区并绑定索引数据到缓冲区

GLuint indexVBO;
glGenBuffers(1, &indexVBO);
glBindBuffer(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, indexVBO);
glBufferData(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, sizeof(indices) , indices, GL_STATIC_DRAW);

这里索引缓冲区与之前的GL_ARRAY_BUFFER的创建与使用方式是一样的。

最后,我们把glDrawArray替换成glDrawElements

glDrawElements(GL_TRIANGLES, 6, GL_UNSIGNED_BYTE,(GLvoid*)0);

改进顶点数据结构

现在顶点属性包含位置(position)和颜色(color),将来还会有法线(normal),纹理坐标(texture coordinate)等数据。如果每一种类型的顶点数据都分开来存放,一来不利于管理,二来也会产生内存碎片。

在本小节中,我将向大家介绍如何使用一个结构体来封装这些数据。这也是cocos2d-x里面所用的方法,比如一个Quard的定义如下:

struct V3F_C4B_T2F
{
    //! vertices (3F)
    Vec3     vertices;            // 12 bytes
    //! colors (4B)
    Color4B      colors;              // 4 bytes
    // tex coords (2F)
    Tex2F        texCoords;           // 8 bytes
};

仿照上面的结构体,我们也定义一个结构体Vertex,用来表示顶点的数据,目前它里面包含位置和颜色:

typedef struct {
    float Position[2];
    float Color[4];
} Vertex;

下面是我们的顶点数据定义:

Vertex data[] =
   {
       { {-1,-1},{0,1,0,1} },
       { {1,-1},{0,1,0,1} },
       { {-1,1},{0,1,0,1} },
       { {1,1},{0,1,0,1} }
   };

注意,我们画四边形需要4个顶点,所以,需要四份Vertex数据。接下来,我们指定Vertex Shader如何读取这些属性:

glVertexAttribPointer(positionLocation,
                          2,
                          GL_FLOAT,
                          GL_FALSE,
                          sizeof(Vertex),
                          (GLvoid* )offsetof(Vertex,Position));
    //set for color
//    glGenBuffers(1, &colorVBO);
//    glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, colorVBO);
//    glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(data), data, GL_STATIC_DRAW);
    GLuint colorLocation = glGetAttribLocation(program->getProgram(), "a_color");
    glEnableVertexAttribArray(colorLocation);
    glVertexAttribPointer(colorLocation,
                          4,
                          GL_FLOAT,
                          GL_FALSE,
                          sizeof(Vertex),
                          (GLvoid* )offsetof(Vertex,Color));

这里,我们需要指定glVertexAttribPointer的第5个参数和第6个参数。

下图告诉我们Vertex Shader是如何读取属性的:

注意,我们这里把colorVBO的生成和绑定代码注释掉了,因为已经不需要了。 编译并运行,这时候你还是会看到一个绿色的四边形。

结语

从本例中可以看到,VBO可以一次性传递所有的顶点数据给vertex shader(目前是position和color,以后还有法线和纹理坐标),然后使用glVertexAttribPointer按一定的规则去取数据就行了。至于几何图元如何组装,可以交给索引VBO去解决,最后调用glDrawElements来完成实际的绘制。

另外如果我们只想画纯色的四边形,那么建议不要使用attribute,直接使用uniform并把该uniform的值传给gl_FragColor就行了。这个就留给读者自行去实验啦。

标签: opengl, cocos2d-x

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