VAO和VBO API备忘

概述

OpenGL从OpenGL 3.0开始将API分成了两种类型：即旧式的OpenGL(Legacy OpenGL)和新式的OpenGL(Core Profile)，OpenGL3.3 的官方API文档完整地描述了新式的OpenGL API，旧式的OpenGL API可以在OpenGL 2.1中查看。

对于OpenGL渲染的的第一站：也就是把顶点数据(包括顶点位置、顶点法线、顶点颜色、纹理坐标等)传入到OpenGL，旧式的OpenGL中有以下几种方式实现：

立即模式（glBegin/glEnd）这种方式恐怕是学习OpenGL最早接触到的API吧，至少我是这样。不过很遗憾它已经被新式OpenGL抛弃了
顶点数组（VA：Vertex Array）相比立即模式减少了函数的调用开销。目前也被新式OpenGL抛弃
缓冲区对象（VBO：Vertex Buffer Object）相比较VA，将数据存储到服务器端(VA存储在客户端)。目前是新式OpenGL支持的唯一数据传入方式
显示列表（Display List）将若干条OpenGL命令编译好，直接由显卡调用。由于编译好的模块无法修改，丧失了灵活性。也被新式OpenGL抛弃

此外VBO在Legacy OpenGL中和Core Profile OpenGL中的使用也有着不同的方式。

VA API

(1) 开启和关闭VA

1//开启和关闭客户端状态  
2
3void glEnableClientState(GLenum cap);  
4
5void glDisableClientState(GLenum cap);  
6
7  
8
9//参数cap取值  
10
11GL_VERTEX_ARRAY                 //顶点位置        
12
13GL_COLOR_ARRAY                  //顶点颜色  
14
15GL_EDGE_FLAG_ARRAY              //顶点边界线标识  
16
17GL_FOG_COORD_ARRAY              //顶点雾坐标  
18
19GL_INDEX_ARRAY                  //顶点索引  
20
21GL_NORMAL_ARRAY                 //顶点法线  
22
23GL_SECONDARY_COLOR_ARRAY            //顶点辅助颜色  
24
25GL_TEXTURE_COORD_ARRAY              //顶点纹理坐标

(2) 设置数据到顶点

1//////////////////////////////////////////////////////////////////////////  
2//以下是一系列设置顶点数据的API  
3//参数取值(默认形参代表OpenGL中默认值):  
4// size   描述数据的维度(2D\3D)   
5// type   描述每个数据的类型   
6// stride 描述每个顶点数据的跨度  
7//pointer 指向实际数据  
8  
9  
10//设置顶点位置数据  
11void glVertexPointer( GLint size=4,  GLenum type=GL_FLOAT,  GLsizei stride=0,  const GLvoid *pointer=0);   
12//设置顶点颜色数据  
13void glColorPointer( GLint size=4,  GLenum type=GL_FLOAT,  GLsizei stride=0,  const GLvoid *pointer=0);   
14//设置顶点边界线标识数据  
15void glEdgeFlagPointer( GLsizei stride=0,  const GLvoid *pointer=0);   
16//设置顶点雾坐标数据  
17void glFogCoordPointer( GLenum type=GL_FLOAT, GLsizei stride=0,  GLvoid *pointer=0);   
18//设置顶点索引数据  
19void glIndexPointer( GLenum type=GL_FLOAT,  GLsizei stride=0,  const GLvoid *pointer=0);   
20//设置顶点法线数据  
21void glNormalPointer( GLenum type=GL_FLOAT,  GLsizei stride=0,  const GLvoid *pointer=0);   
22//设置顶点辅助颜色数据  
23void glSecondaryColorPointer( GLint size=3,  GLenum type=GL_FLOAT,  GLsizei stride=0,  const GLvoid *pointer=0);   
24//设置顶点纹理坐标数据  
25void glTexCoordPointer( GLint size=4,  GLenum type=GL_FLOAT,  GLsizei stride=0,  const GLvoid *pointer=0);

(3) VA绘制

1///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////  
2//通过设置好的顶点数据进行绘制:可以使用下列API进行绘制  
3  
4void glDrawArrays( GLenum mode,  GLint first,  GLsizei count);  
5//参数描述  
6//mode    绘制几何图元类型(GL_POINTS, GL_LINE_STRIP, GL_TRIANGLE等)  
7//first      顶点数据的开始索引位置(对应(2)中pointer)  
8//count    需要渲染的顶点数据数量  
9  
10void glDrawElements( GLenum mode,  GLsizei count,  GLenum type,  const GLvoid *indices);   
11//参数描述  
12//mode     绘制几何图元类型(GL_POINTS, GL_LINE_STRIP, GL_TRIANGLE等)  
13//count     第四个参数indices中参与渲染的索引数量  
14//type       第四个参数indices的数据类型  
15//indices  需要额外传入的一个索引数组指针  
16  
17void glDrawRangeElements( GLenum mode, GLuint start,  GLuint end,  GLsizei count,  GLenum type,  const GLvoid * indices);  
18//参数描述(与glDrawElements一致但多出两个参数)  
19//mode     绘制几何图元类型(GL_POINTS, GL_LINE_STRIP, GL_TRIANGLE等)  
20//count     第四个参数indices中参与渲染的索引数量  
21//type       第四个参数indices的数据类型  
22//indices  需要额外传入的一个索引数组指针  
23//start       索引数组indices中的最小值索引值  
24//end        索引数组indices中的最大值索引值

以上就是VA所涉及到的基本API，使用过程如下

首先开启客户端VertexArray状态，接着绑定数据到顶点状态，最后进行绘制：

1static float vertices[][3] = {  
2    1.0f, 0.0f, 0.0f,  
3    0.0f, 1.0f, 0.0f,  
4    -1.0f, 0.0f, 0.0f  
5};  
6  
7static float colors[][4] = {  
8    1.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f,  
9    0.0f, 1.0f, 0.0f, 1.0f,  
10    0.0f, 0.0f, 1.0f, 1.0f  
11};  
12  
13//绘制函数  
14void renderScene()  
15{  
16    glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);  
17  
18    glMatrixMode(GL_MODELVIEW);  
19    glLoadIdentity();  
20    glTranslatef(0.0f, 0.0f, -5.0f);  
21      
22    //////////////////////////////////////////////////////////////////////////  
23    //开启VA状态  
24    glEnableClientState(GL_VERTEX_ARRAY);  
25    glEnableClientState(GL_COLOR_ARRAY);  
26    //绑定数据  
27    glVertexPointer(3, GL_FLOAT, 0, vertices);  
28    glColorPointer(4, GL_FLOAT, 0, colors);  
29    //绘制  
30    glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, 3);  
31    //关闭VA状态  
32    glDisableClientState(GL_VERTEX_ARRAY);  
33    glDisableClientState(GL_COLOR_ARRAY);  
34    //////////////////////////////////////////////////////////////////////////  
35}

VBO API

前文描述了VBO在Legacy 和Core Profile中有两种不同的方式：

Legacy OpenGL VBO API

(1)创建(初始化)VBO对象

1//创建VBO的API  
2//////////////////////////////////////////////////////////////////////////  
3void glGenBuffers( GLsizei   n, GLuint *   buffers);   
4//生成缓冲区ID  
5//参数描述  
6// n            生成ID数量  
7// buffers 存储缓冲区ID的数组  
8  
9void glBindBuffer( GLenum   target,  GLuint   buffer);   
10//设置缓冲区为当前操作的缓冲区，并且设置缓冲区的类型  
11//参数描述  
12//target            缓冲区类型(包括4种)  
13GL_ARRAY_BUFFER  
14GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER  
15GL_PIXEL_PACK_BUFFER  
16GL_PIXEL_UNPACK_BUFFER  
17//buffer        使用glGenBuffers生成的缓冲区ID  
18  
19void glBufferData( GLenum   target,  GLsizeiptr   size,  const GLvoid *   data,  GLenum   usage);   
20//为缓冲区设置数据  
21//参数描述  
22//target            缓冲区类型(包括4种)  
23GL_ARRAY_BUFFER  
24GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER  
25GL_PIXEL_PACK_BUFFER  
26GL_PIXEL_UNPACK_BUFFER  
27//size             缓冲区大小(多少字节)  
28//data         实际指向数组的指针  
29//usage        当前缓冲区的使用模式[一种提示用来优化之用](取值如下9种)  
30GL_STREAM_DRAW  
31GL_STREAM_READ  
32GL_STREAM_COPY  
33GL_STATIC_DRAW  
34GL_STATIC_READ  
35GL_STATIC_COPY  
36GL_DYNAMIC_DRAW  
37GL_DYNAMIC_READ  
38GL_DYNAMIC_COPY

(2)开启/关闭VBO

当创建完VBO之后，我们并不知道VBO中存储的是顶点位置、还是顶点颜色或者是顶点法线，于是使用下面的API来描述某一个VBO中到底是顶点什么方面的数据

1//////////////////////////////////////////////////////////////////////////  
2//开启关闭VBO状态  
3void glEnableClientState(GLenum cap);  
4void glDisableClientState(GLenum cap);  
5//参考VA中的描述  
6  
7  
8void glVertexPointer( GLint   size,  GLenum   type,  GLsizei   stride,  const GLvoid *   pointer);   
9//参考VA中的描述:  
10//但是pointer参数有所区别：  
11//当使用了glBindBuffer将GL_ARRAY_BUFFER绑定到一个非0的VBO ID上之后，这时候的pointer  
12//代表的是一个VBO ID对象中实际数据(glBufferData中data参数)的偏移值，也就是说这时候pointer  
13//并不是一个指针，仅仅是一个偏移值。同时GL_ARRAY_BUFFER_BINDING这个状态会保存在客户端  
14  
15//综合上面VA中的解释：可以知道这个glVertexPointer中的pointer两种含义:  
16//(1)当glBindBuffer绑定到非0的ID时：  
17//pointer代表偏移，此时客户端glClientState中会保存GL_ARRAY_BUFFER_BINDING暗示现在在用VBO  
18//(2)当glBindBuffer绑定到0的ID时：  
19//pointer代表一个指向数组的指针，此时客户端glClientState中不会保存GL_ARRAY_BUFFER_BINDING暗示现在在用VA  
20  
21//同理，对于VA中用到的一系列函数都有同样的解释，不再赘述：  
22glColorPointer  
23glEdgeFlagPointer  
24glFogCoordPointer  
25glIndexPointer  
26glNormalPointer  
27glSecondaryColorPointer  
28glTexCoordPointer

(3)VBO绘制

1//////////////////////////////////////////////////////////////////////////  
2//绘制VBO  
3  
4void glDrawArrays( GLenum mode,  GLint first,  GLsizei count);  
5//参考VA中描述  
6//所不同的是数据现在在缓冲区之中，而不是VA所指向的pointer数组中了  
7  
8void glDrawElements( GLenum mode,  GLsizei count,  GLenum type,  const GLvoid *indices);  
9//参考VA中描述  
10//所不同的是indices设置为NULL  
11//因为缓冲区类型有一种是GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER(查看glGenBuffers中类型描述)  
12//我们会把indices索引值存储在GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER类型的Buffer中，不需要额外的数组了  
13//直接用两个缓冲区即可

以上便是旧式OpenGL中实现VBO的API，使用过程如下：

首先创建缓冲区并设置缓冲区类型和填满缓冲区，接着指定缓冲里面是什么(到底存的是位置还是颜色或者是法线)，最后绘制

1static float vertices[][3] = {  
2    1.0f, 0.0f, 0.0f,  
3    0.0f, 1.0f, 0.0f,  
4    -1.0f, 0.0f, 0.0f  
5};  
6  
7static float colors[][4] = {  
8    1.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f,  
9    0.0f, 1.0f, 0.0f, 1.0f,  
10    0.0f, 0.0f, 1.0f, 1.0f  
11};  
12  
13void renderScene()  
14{  
15    glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);  
16  
17    glMatrixMode(GL_MODELVIEW);  
18    glLoadIdentity();  
19    glTranslatef(0.0f, 0.0f, -5.0f);  
20      
21    //////////////////////////////////////////////////////////////////////////  
22    //创建VBO(一般放在初始化函数中)  
23    GLuint vertexBufferID, colorBufferID;  
24    glGenBuffers(1, &vertexBufferID);  
25    glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, vertexBufferID);  
26    glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(vertices), vertices, GL_STATIC_DRAW);  
27    glGenBuffers(1, &colorBufferID);  
28    glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, colorBufferID);  
29    glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(colors), colors, GL_STATIC_DRAW);  
30  
31    //开启VBO模式并设置VBO该怎么解析  
32    glEnableClientState(GL_VERTEX_ARRAY);  
33    glEnableClientState(GL_COLOR_ARRAY);  
34    glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, vertexBufferID);  
35    glVertexPointer(3, GL_FLOAT, 0, 0);  
36    glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, colorBufferID);  
37    glColorPointer(4, GL_FLOAT, 0, 0);  
38  
39    //绘制  
40    glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, 3);  
41  
42    //绘制完成之后关闭VBO状态  
43    //将glBindBuffer设置为0,使得后续glVertexPointer类似函数起到VA的作用  
44    glDisableClientState(GL_VERTEX_ARRAY);  
45    glDisableClientState(GL_COLOR_ARRAY);  
46    glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, 0);  
47    //////////////////////////////////////////////////////////////////////////  
48}

Core Profile VBO

（1）创建VBO

参考Legacy VBO中内容，二者是一样的

（2）开启/关闭VBO

1//////////////////////////////////////////////////////////////////////////  
2void glEnableVertexAttribArray( GLuint   index);   
3void glDisableVertexAttribArray( GLuint   index);   
4//开启和关闭一个通用的缓冲区对象  
5//参数描述  
6//index 缓冲区对象索引值  
7  
8void glVertexAttribPointer( GLuint   index,    
9                                              GLint            size,    
10                                              GLenum           type,    
11                                              GLboolean        normalized,    
12                                              GLsizei          stride,    
13                                              const GLvoid *   pointer  
14                                              );   
15//设置如何解析缓冲区中的数据  
16//参数描述  
17//index             当前操作的缓冲区对象索引值  
18//size              数据的维度是2D/3D/4D  
19//type              数据类型 GL_INT /GL_FLOAT  
20//normalized    是否已经单位化  
21//stride                数据间距  
22//pointer           参考Legacy VBO中解释(在glBindBuffer未开启时是指针开启后是索引值)

(3)绘制

参考Legacy VBO中内容，二者是一样的

以上便是Core Profile 下的VBO，使用方式如下：

首先创建VBO对象，接着开启VBO并且用来说明VBO中数据是什么样组织的(但是并没有说明数据是顶点位置、顶点颜色还是法线)，这一点与 Legacy VBO不同，因为它的说明部分(哪个VBO存储着位置、哪个VBO存储着颜色、哪个VBO存储着法线等)是在着色语言Shader中指明的，最后还是使用同样的API绘制：

1//////////////////////////////////////////////////////////////////////////  
2GLfloat vVerts[] = { -0.5f, 0.0f, 0.0f,  
30.5f, 0.0f, 0.0f,  
40.0f, 0.5f, 0.0f };  
5  
6GLfloat vColors [] = { 1.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f,  
70.0f, 1.0f, 0.0f, 1.0f,  
80.0f, 0.0f, 1.0f, 1.0f };  
9//////////////////////////////////////////////////////////////////////////  
10  
11void RenderWidget::paintGL()  
12{  
13    //////////////////////////////////////////////////////////////////////////  
14    //生成VBO  
15    glGenBuffers(1, &_vertexBuffer);  
16    glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, _vertexBuffer);  
17    glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(vVerts), vVerts, GL_STATIC_DRAW);  
18  
19    glGenBuffers(1, &_colorBuffer);  
20    glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, _colorBuffer);  
21    glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(vColors), vColors, GL_STATIC_DRAW);  
22  
23    setShaders();  
24  
25    //开启VBO并设置VBO里面存储的数据模式  
26    glEnableVertexAttribArray(0);  
27    glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, _vertexBuffer);  
28    glVertexAttribPointer(  
29        0,  
30        3,  
31        GL_FLOAT,  
32        GL_FALSE,   
33        0,  
34        (void*)0  
35        );  
36    glEnableVertexAttribArray(1);  
37    glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, _colorBuffer);  
38    glVertexAttribPointer(  
39        1,  
40        4,  
41        GL_FLOAT,  
42        GL_FALSE,  
43        0,  
44        (void*)0  
45        );  
46  
47    //绘制VBO  
48    glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, 3);  
49  
50    //关闭VBO  
51    glDisableVertexAttribArray(1);  
52    glDisableVertexAttribArray(0);  
53    glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, 0);  
54}

Shader部分**：**

顶点Shader

1#version 330  
2layout(location = 0) in vec4 vertex;  
3layout(location = 1) in vec4 color;  
4out vec4 inFragColor;  
5  
6void main( void )  
7{  
8    gl_Position = vertex;  
9    inFragColor = color;  
10}

片元Shader

1#version 330  
2in vec4 inFragColor;  
3out vec4 outFragColor;  
4  
5void main( void )  
6{  
7    outFragColor = inFragColor;  
8}

通过顶点Shader可以知道索引值为0的VBO解释为顶点位置，它传给gl_Position，索引值为1的VBO解释为顶点的颜色

VAO API

VAO的介绍可以参考 <<AB是一家?VAO与VBO>>

(1)初始化

1//////////////////////////////////////////////////////////////////////////  
2//初始化VAO  
3  
4void glGenVertexArrays(GLsizei n,  GLuint *arrays);  
5//创建VAO ID  
6//参数描述  
7//n                 产生VAO ID的数量  
8//arrays                    保存VAO ID的数组  
9  
10void glBindVertexArray(GLuint array);  
11//设置当前操作的VAO对象  
12//参数描述  
13//array              VAO的ID

(2)开启/关闭VAO

VAO的开启当使用glBindVertexArray时自动开启，使用glBindVertexArray(0)，传入一个0值可以视为将VAO关闭

设置VAO的过程就是调用VBO中(2)的过程

(3) 绘制

同VBO中绘制(绘制之前先启用VAO)

以上就是VAO涉及到的API，使用过程如下：

首先创建VAO，接着设置VAO（在调用VBO的数据设置过程中VAO自动完成了设置），最后开启VAO并绘制：

1//////////////////////////////////////////////////////////////////////////  
2GLfloat vVerts[] = { -0.5f, 0.0f, 0.0f,  
30.5f, 0.0f, 0.0f,  
40.0f, 0.5f, 0.0f };  
5  
6GLfloat vColors [] = { 1.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f,  
70.0f, 1.0f, 0.0f, 1.0f,  
80.0f, 0.0f, 1.0f, 1.0f };  
9//////////////////////////////////////////////////////////////////////////  
10  
11void RenderWidget::paintGL()  
12{  
13    //////////////////////////////////////////////////////////////////////////  
14    //生成VBO  
15    glGenBuffers(1, &_vertexBuffer);  
16    glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, _vertexBuffer);  
17    glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(vVerts), vVerts, GL_STATIC_DRAW);  
18  
19    glGenBuffers(1, &_colorBuffer);  
20    glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, _colorBuffer);  
21    glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(vColors), vColors, GL_STATIC_DRAW);  
22  
23    setShaders();  
24  
25      
26    //初始化VAO  
27    GLuint vaoBuffer;  
28    glGenVertexArrays(1, &vaoBuffer);  
29    glBindVertexArray(vaoBuffer);  
30  
31    //通过设置VBO里面存储的数据模式完成VAO设置  
32    glEnableVertexAttribArray(0);  
33    glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, _vertexBuffer);  
34    glVertexAttribPointer(  
35        0,  
36        3,  
37        GL_FLOAT,  
38        GL_FALSE,   
39        0,  
40        (void*)0  
41        );  
42    glEnableVertexAttribArray(1);  
43    glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, _colorBuffer);  
44    glVertexAttribPointer(  
45        1,  
46        4,  
47        GL_FLOAT,  
48        GL_FALSE,  
49        0,  
50        (void*)0  
51        );  
52    glBindVertexArray(0);  
53    glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, 0);  
54  
55    //////////////////////////////////////////////////////////////////////////  
56    //上述所有的代码在初始化函数中调用  
57    //只有绘制代码在渲染函数中调用  
58    //使用VAO绘制  
59    glBindVertexArray(vaoBuffer);  
60    glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, 3);  
61    glBindVertexArray(0);  
62}

概述

VA API

VBO API

VAO API

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