面试中经常被问到的 OpenGL ES 对象,你知道的有哪些?

VBO 和 EBO

VBO(Vertex Buffer Object)是指顶点缓冲区对象,而 EBO(Element Buffer Object)是指图元索引缓冲区对象,VBO 和 EBO 实际上是对同一类 Buffer 按照用途的不同称呼。

OpenGL ES 2.0 编程中,用于绘制的顶点数组数据首先保存在 CPU 内存,在调用 glDrawArrays 或者 glDrawElements 等进行绘制时,需要将顶点数组数据从 CPU 内存拷贝到显存。

但是很多时候我们没必要每次绘制的时候都去进行内存拷贝,如果可以在显存中缓存这些数据,就可以在很大程度上降低内存拷贝带来的开销。

OpenGL ES 3.0 编程中, VBO 和 EBO 的出现就是为了解决这个问题。

VBO 和 EBO 的作用是在显存中提前开辟好一块内存,用于缓存顶点数据或者图元索引数据,从而避免每次绘制时的 CPU 与 GPU 之间的内存拷贝,可以改进渲染性能,降低内存带宽和功耗。

OpenGL ES 3.0 支持两类缓冲区对象:顶点数组缓冲区对象、图元索引缓冲区对象。

GL_ARRAY_BUFFER 标志指定的缓冲区对象用于保存顶点数组,GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER 标志指定的缓存区对象用于保存图元索引。

VBO(EBO)的创建和更新:

// 创建 2 个 VBO(EBO 实际上跟 VBO 一样,只是按照用途的另一种称呼)
glGenBuffers(2, m_VboIds);

// 绑定第一个 VBO,拷贝顶点数组到显存
glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, m_VboIds[0]);
glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(vertices), vertices, GL_STATIC_DRAW);

// 绑定第二个 VBO(EBO),拷贝图元索引数据到显存
glBindBuffer(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, m_VboIds[1]);
glBufferData(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, sizeof(indices), indices, GL_STATIC_DRAW);

GL_STATIC_DRAW 标志标识缓冲区对象数据被修改一次,使用多次,用于绘制。

本例中顶点着色器和片段着色器增加 color 属性:

//顶点着色器
#version 300 es                            
layout(location = 0) in vec4 a_position;   // 位置变量的属性位置值为 0 
layout(location = 1) in vec3 a_color;      // 颜色变量的属性位置值为 1
out vec3 v_color;                          // 向片段着色器输出一个颜色                          
void main()                                
{                                          
    v_color = a_color;                     
    gl_Position = a_position;              
};
//片段着色器
#version 300 es
precision mediump float;
in vec3 v_color;
out vec4 o_fragColor;
void main()
{
    o_fragColor = vec4(v_color, 1.0);
}

顶点数组数据和图元索引数据:

// 4 vertices, with(x,y,z) ,(r, g, b, a) per-vertex
GLfloat vertices[] =
        {
                -0.5f,  0.5f, 0.0f,       // v0
                1.0f,  0.0f, 0.0f,        // c0
                -0.5f, -0.5f, 0.0f,       // v1
                0.0f,  1.0f, 0.0f,        // c1
                0.5f, -0.5f, 0.0f,        // v2
                0.0f,  0.0f, 1.0f,        // c2
                0.5f,  0.5f, 0.0f,        // v3
                0.5f,  1.0f, 1.0f,        // c3
        };
// Index buffer data
GLushort indices[6] = { 0, 1, 2, 0, 2, 3};

VBO更新后内存中的数据结构

由于顶点位置和颜色数据在同一个数组里,一起更新到 VBO 里面,所以需要知道 2 个属性的步长和偏移量。

为获得数据队列中下一个属性值(比如位置向量的下个 3 维分量)我们必须向右移动 6 个 float ,其中 3 个是位置值,另外 3 个是颜色值,那么步长就是 6 乘以 float 的字节数(= 24 字节)。

同样,也需要指定顶点位置属性和颜色属性在 VBO 内存中的偏移量。

对于每个顶点来说,位置顶点属性在前,所以它的偏移量是 0 。而颜色属性紧随位置数据之后,所以偏移量就是 3 * sizeof(GLfloat) ,用字节来计算就是 12 字节。

使用 VBO 和 EBO 进行绘制。

glUseProgram(m_ProgramObj);

//不使用 VBO 的绘制
glEnableVertexAttribArray(0);
glVertexAttribPointer(0, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, (3+3)*sizeof(GLfloat), vertices);

glEnableVertexAttribArray(1);
glVertexAttribPointer(1, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, (3+3)*sizeof(GLfloat), (vertices + 3));

glDrawElements(GL_TRIANGLES, 6, GL_UNSIGNED_SHORT, indices);

//使用 VBO 的绘制
glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, m_VboIds[0]);
glEnableVertexAttribArray(0);
glVertexAttribPointer(0, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, (3+3)*sizeof(GLfloat), (const void *)0);
glEnableVertexAttribArray(1);
glVertexAttribPointer(1, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, (3+3)*sizeof(GLfloat), (const void *)(3 *sizeof(GLfloat)));

glBindBuffer(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, m_VboIds[1]);

glDrawElements(GL_TRIANGLES, 6, GL_UNSIGNED_SHORT, (const void *)0);

VAO

VAO(Vertex Array Object)是指顶点数组对象,主要用于管理 VBO 或 EBO ,减少 glBindBuffer 、glEnableVertexAttribArray、 glVertexAttribPointer 这些调用操作,高效地实现在顶点数组配置之间切换

图片
VAO 与 VBO 之间的关系

基于上小节的例子创建 VAO :

// 创建并绑定 VAO
glGenVertexArrays(1, &m_VaoId);
glBindVertexArray(m_VaoId);

// 在绑定 VAO 之后,操作 VBO ,当前 VAO 会记录 VBO 的操作
glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, m_VboIds[0]);
glEnableVertexAttribArray(0);
glVertexAttribPointer(0, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, (3+3)*sizeof(GLfloat), (const void *)0);
glEnableVertexAttribArray(1);
glVertexAttribPointer(1, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, (3+3)*sizeof(GLfloat), (const void *)(3 *sizeof(GLfloat)));

glBindBuffer(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, m_VboIds[1]);


glBindVertexArray(GL_NONE);
使用 VAO 进行绘制:
// 是不是精简了很多?
glUseProgram(m_ProgramObj);

glBindVertexArray(m_VaoId);

glDrawElements(GL_TRIANGLES, 6, GL_UNSIGNED_SHORT, (const void *)0)
图片
2 个 PBO read pixels

— END —

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