AB是一家?VAO與VBO

引用自：AB是一家?VAO與VBO-OpenGL技術-ZwqXin

我想大家都已經熟悉VBO了吧。在GL3.0時代的VBO大體還是處於最重要的地位，但是與此同時也出現了不少新的用法和輔助役，其中一個就是VAO。本文大致小記一下這兩者的聯繫，幫助大家理解一下這個角色。——ZwqXin.com

VBO？See[學一學，VBO]

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如果你也逐漸步進GL3.0開始的新標準，你大概會留意到傳統的繪圖方式(glVertex)已經要被廢掉了，不僅如此，以最高繪製速度為標記的顯示列表方式也已經被印上deprecated了，這樣，在以前的文章（[學一學，VBO] ）中的討論，在新標準的面前都顯得沒什麼必要了。我想說的是，OpenGL對GPU的入口「頂點傳送」——或者說，繪製方式，盡量不要再選擇傳統方式(glVertex)或顯示列表(glCallList)甚至VA(vertex array)了。哪怕你是用的一個compatable的GL-context，哪怕頂點數據部分持續變化或者恆定不變，也得注意要盡量盡量使用VBO來組織你的數據。

另外的一點，就是盡量不要以客戶端狀態函數來使用VBO了。我是說——glEnableClientState/glDisableClientState，還有glVertexPointer這類函數。VBO的本意是把本地(GL客戶端)的數據完全交給GPU(GL服務端)來管理，所以若非為了數據的更新，你完全可以在調用glBufferData之後選擇扔棄保存在本地內存中的數據。VBO可以說只有在傳輸數據的時候跟本地客戶端有聯繫，它的狀態是服務端（我們的流水線）管理的，當初沿用VA的那些客戶端狀態函數，還有一個原因就是它們方便地與shader裡面的固定attribute（gl_Position之類）建立聯繫【見[OpenGL/GLSL數據傳遞小記(2.x)]】，但是GLSL已經也不推薦使用那些attrbute了。（事實上，以上這些都是deprecated的了。）

C++代碼1

1. glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, m_nPositionVBO);
2. glEnableClientState(GL_VERTEX_ARRAY);
3. glVertexPointer(2, GL_FLOAT, 0, NULL);
4. glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, m_nTexcoordVBO);
5. glEnableClientState(GL_TEXTURE_COORD_ARRAY);
6. glTexCoordPointer(2, GL_FLOAT, 0, NULL);
7. glBindBuffer(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, m_nIndexVBO);
8. glDrawElements(GL_TRIANGLES, 6, GL_UNSIGNED_SHORT, NULL);
9. glBindBuffer(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, NULL);
10. glDisableClientState(GL_TEXTURE_COORD_ARRAY);
11. glDisableClientState(GL_VERTEX_ARRAY);
12. glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, NULL);

C++代碼2

1. glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, m_nQuadPositionVBO);
2. glEnableVertexAttribArray(VAT_POSITION);
3. glVertexAttribPointer(VAT_POSITION, 2, GL_INT, GL_FALSE, 0, NULL);
4. glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, m_nQuadTexcoordVBO);
5. glEnableVertexAttribArray(VAT_TEXCOORD);
6. glVertexAttribPointer(VAT_TEXCOORD, 2, GL_INT, GL_FALSE, 0, NULL);
7. glBindBuffer(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, m_nQuadIndexVBO);
8. glDrawElements(GL_TRIANGLES, 6, GL_UNSIGNED_SHORT, NULL);
9. glDisableVertexAttribArray(VAT_POSITION);
10. glDisableVertexAttribArray(VAT_TEXCOORD);
11. glBindBuffer(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, NULL);
12. glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, NULL);

以上兩段是效果一致的VBO渲染部分的代碼。盡量用第二種吧。使用第二種的前提是你使用shader來進行頂點處理，VAT_POSITION/VAT_TEXCOORD需要與Shader里代表頂點/紋理坐標的attribute變數建立聯繫（參考[OpenGL/GLSL數據傳遞小記(2.x)]），在這個GL3.0之後的時代里，這種前提也算不上什麼前提就是了。我們來囫圇吞棗地猜測一下OpenGL是怎麼處理VBO的數據的。

1. VBO

與其他buffer object一樣，VBO歸根到底是顯卡存儲空間里的一塊緩存區(Buffer)而已，這個Buffer有它的名字(VBO的ID)，OpenGL在GPU的某處記錄著這個ID和對應的顯存地址（或者地址偏移，類似內存）。用代碼看看吧：

C++代碼

1. //生成一個Buffer的ID，不管是什麼類型的
2. glGenBuffers(1, &m_nQuadVBO);
3. //綁定ID，同時也指定該ID對應的buffer的信息類型是GL_ARRAY_BUFFER
4. glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, m_nQuadVBO);
5. //為該ID指定一塊指定大小的存儲區域（區域的位置大抵由末參數影響), 傳輸數據
6. glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(fQuadData), fQuadData, GL_STREAM_DRAW);

這裡是VBO的初始化階段。在這裡我們看到了這是對位置，還是顏色，還是紋理坐標，還是法線，還是其他頂點屬性進行設置的嗎？是的，這個信息是：起碼在初始化階段，一個VBO對於交給它存儲的數據到底是什麼，完全不知道。我們此時再看回上面兩段渲染部分的代碼，就明白了：哦，原來這都是在渲染時確定的！

對於第一段渲染代碼，glVertexPointer(2, GL_FLOAT, 0, NULL)這個函數指定了VBO里的是什麼數據——頂點位置，float類型，2個float指涉一個頂點位置，在區域里無偏移地採集數據，等等。之後的glDrawElements只不過根據組織模式(GL_TRIANGLES，這個是直接交給vertex處理後的Geometry處理的)和索引數據去採集VBO里的這些數據罷了——它從某個地方獲取了glBindBuffer指定的位置，還有glVertexPointer設定的信息（由glEnableClientState啟用），它進行繪製所需要的一切——這個地方，就是所謂的GL-Context吧，那個保存了所有運行時流水線狀態的東西。

對於第二段渲染代碼，大體是一樣的，只是glVertexAttribPointer使用第一個參數(location)指涉對應vertex-shader里哪個in attribute。VBO在渲染階段才指定數據位置和「頂點信息」(Vertex Specification)，然後根據此信息去解析緩存區里的數據，聯繫這兩者中間的橋樑是GL-Contenxt。GL-context整個程序一般只有一個，所以如果一個渲染流程里有兩份不同的繪製代碼，GL-context就負責在它們之間進行狀態切換。這也是為什麼要在渲染過程中，在每份繪製代碼之中有glBindBuffer/glEnableVertexAttribArray/glVertexAttribPointer。那麼優化方法就來了——把這些都放到初始化時候完成吧！——這樣做的限制條件是「負責記錄狀態的GL-context整個程序一般只有一個」，那麼就不直接用GL-context記錄，用別的東西做狀態記錄吧——這個東西針對"每份繪製代碼「有一個，記錄該次繪製所需要的所有VBO所需信息，把它保存到GPU特定位置，繪製的時候直接在這個位置取信息繪製。

於是，VAO誕生了。

2.VAO

VAO的全名是Vertex Array Object，首先，它不是Buffer-Object，所以不用作存儲數據；其次，它針對」頂點「而言，也就是說它跟」頂點的繪製「息息相關，在GL3.0的世界觀里，這相當於」與VBO息息相關「。（提示，它跟VA真是蝦米關係都沒有的，嘛，雖然這的確讓人誤會，我最初見到這個名詞時也誤會了的說。）

按上所述，它的定位是state-object（狀態對象，記錄存儲狀態信息）。這明顯區別於buffer-object。如果有人碎碎念」既然是記錄頂點的信息，為什麼不叫vertex attribute object「呢？我想說這些孩子你們真沒認真看文章嘛——VAO記錄的是一次繪製中做需要的信息，這包括」數據在哪裡-glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER)「、」數據的格式是怎樣的-glVertexAttribPointer「（頂點位置的數據在哪裡，頂點位置的數據的格式是怎樣的/紋理坐標的數據在哪裡，紋理坐標的數據的格式是怎樣的....視乎你讓它關聯多少個VBO、VBO里有多少種數據），順帶一提的是，這裡的狀態還包括這些屬性關聯的shader-attribute的location的啟用（glEnableVertexAttribArray）、這些頂點屬性對應的頂點索引數據的位置（glBindBuffer(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER)，如果你指定了的話）。在GL的wiki里把這些」信息「抽象成一個屬性數據體：

1. struct VertexAttribute
2. {
3. bool bIsEnabled = GL_FALSE;
4. int iSize = 4; //This is the number of elements in this attribute, 1-4.
5. unsigned int iStride = 0;
6. VertexAttribType eType = GL_FLOAT;
7. bool bIsNormalized = GL_FALSE;
8. bool bIsIntegral = GL_FALSE;
9. void * pBufferObjectOffset = 0;
10. BufferObject * pBufferObj = 0;
11. };
12. struct VertexArrayObject
13. {
14. BufferObject *pElementArrayBufferObject = NULL;
15. VertexAttribute attributes[GL_MAX_VERTEX_ATTRIB];
16. }

這裡，VertexArrayObject 就包括了一個Index-VBO【[索引頂點的VBO與多重紋理下的VBO] 】（可以沒有，例如繪製用的是glDrawArray）還有一些VertexAttribute。後者包括頂點屬性的格式和位置和一個啟用與否的狀態。這些都對應了上述討論的那幾個函數（注意glVertexAttribPointer和glVertexAttribIPointer的選擇決定bool bIsIntegral，數據是否整型不可規範化）。那麼，現在我們可以知道VAO的用法了：

C++代碼 - 初始化部分

1. glGenVertexArrays(1, &m_nQuadVAO);
2. glBindVertexArray(m_nQuadVAO);
3. glGenBuffers(1, &m_nQuadPositionVBO);
4. glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, m_nQuadPositionVBO);
5. glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(fQuadPos), fQuadPos, GL_STREAM_DRAW);
6. glEnableVertexAttribArray(VAT_POSITION);
7. glVertexAttribPointer(VAT_POSITION, 2, GL_INT, GL_FALSE, 0, NULL);
8. glGenBuffers(1, &m_nQuadTexcoordVBO);
9. glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, m_nQuadTexcoordVBO);
10. glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(fQuadTexcoord), fQuadTexcoord, GL_STREAM_DRAW);
11. glEnableVertexAttribArray(VAT_TEXCOORD);
12. glVertexAttribPointer(VAT_TEXCOORD, 2, GL_INT, GL_FALSE, 0, NULL);
13. glGenBuffers(1, &m_nQuadIndexVBO);
14. glBindBuffer(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, m_nQuadIndexVBO);
15. glBufferData(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, sizeof(nQuadIndex), nQuadIndex, GL_STREAM_DRAW);
16. glBindVertexArray(NULL);
17. glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, NULL);
18. glBindBuffer(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, NULL);

C++代碼 - 渲染部分

1. glBindVertexArray(m_nQuadVAO);
2. glDrawElements(GL_TRIANGLES, 6, GL_UNSIGNED_SHORT, NULL);
3. glBindVertexArray(NULL);

以上就是VAO的使用方法了，很直觀吧？

使用VAO的好處？看上面那麼簡潔的渲染部分代碼就夠了。

你甚至可以認為VAO就是一個狀態容器，其中粗體字的那幾行就是它以及它所」包含「的東西——填充了」VertexArrayObject結構體「的東西。注意：1.沒有一個合適的地方給glDisableVertexAttribArray了，事實上調用glBindVertexArray(NULL)的時候裡面所有狀態都」關掉「了，也就沒所謂針對頂點屬性的location做其他什麼；2.glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, NULL)/glBindBuffer(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, NULL)一定要在glBindVertexArray(NULL)後面（不然VAO就把它們也包含了，最後就渲染不出東西了）；3.glDrawElements裡面的東西（頂點索引的屬性狀態）VAO可沒記錄保存哦；4.glVertexPointer那類函數理論上也可以，但是建議還是不要混用deprecated的函數進去了。

那麼，既然AB是一家，那就兩個站都上一上吧！哦，不對，兩個O都用一用吧！

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