OpenGL超級寶典筆記——頂點數組

頂點數組

當咱們有來自模型的大量數據的時候，使用顯示列表來對這些數據進行預編譯，須要遍歷這些頂點數據（一次一個頂點數據）把數據傳給OpenGL。依賴於頂點的數量，這會帶來潛在的性能損耗。並且這些數據不必定是靜態的，有可能在咱們每次渲染的時候，咱們須要對這些數據進行更改。這個時候就不適合使用顯示列表。

在OpenGl中，使用頂點數組可以很好的解決這兩個問題。使用頂點數組，咱們能夠隨時進行預編譯或修改幾何圖形，而後一次性傳輸這些數據。基本的頂點數組幾乎和顯示列表同樣快，並且不要求數據是靜態的。

在OpenGL中使用頂點數組有4個基本的步驟：

1. 把幾何圖形的數據加載到一個或多個數組中（能夠從磁盤中讀取）
2. 告訴OpenGL數據在哪裏（參數傳指向數據的指針）
3. 你須要使用哪些數組，由於數組可能分爲頂點數組，顏色數組，紋理座標數組等，或者一個數組中包含這些數據，按照某種順序排列。
4. 執行OpenGL命令使用你的頂點數據進行渲染。

爲了演示這些步驟，修改以前的第九章的pointsprite的例子。咱們使用頂點數組的方式替代掉glBegin/glEnd的方式。修改的代碼以下：

//畫小星星 glPointSize(7.0);

  glVertexPointer(2, GL_FLOAT, 0, &smallStars[0]);
  glDrawArrays(GL_POINTS, 0, SMALL_NUM);  ///畫中等大小的星星  glPointSize(12.0);

  glVertexPointer(2, GL_FLOAT, 0, &mediumStars[0]);
  glDrawArrays(GL_POINTS, 0, MEDIUM_NUM);  ////大星星  glPointSize(20.0);

  glVertexPointer(2, GL_FLOAT, 0, &largeStars[0]);
  glDrawArrays(GL_POINTS, 0, LARGE_NUM);
  glDisableClientState(GL_VERTEX_ARRAY);

 

加載幾何圖形

首先咱們須要把幾何圖形的數據組裝到數組中。在上面的例子中，在初始化的時候就組裝好數據，代碼以下：

//星星的座標 M3DVector2f smallStars[SMALL_NUM];
M3DVector2f mediumStars[MEDIUM_NUM];
M3DVector2f largeStars[LARGE_NUM];

void SetupRC()
{
... //隨機獲取星星的位置  for (int i = 0; i < SMALL_NUM; ++i)
  {
    smallStars[i][0] = (GLfloat)(rand() % SCREEN_X);
    smallStars[i][1] = (GLfloat)(rand() % SCREEN_Y);
  }  for (int i = 0; i < MEDIUM_NUM; ++i)
  {
    mediumStars[i][0] = (GLfloat)(rand() % SCREEN_X);
    mediumStars[i][1] = (GLfloat)((rand() % SCREEN_Y) + 50);
  }

 for (int i = 0; i < LARGE_NUM; ++i)
  {
    largeStars[i][0] = (GLfloat)(rand() % SCREEN_X);
    largeStars[i][1] = (GLfloat)(rand() % SCREEN_Y);
  }
...
}

啓用數組

像OpenGL大多數的特性同樣，要使用頂點數組首先得啓用它。

//使用頂點數組

glEnableClientState(GL_VERTEX_ARRAY);

啓用和禁用的函數原型以下:

void glEnableClientState(GLenum array);

void glDisableClientState(GLenum array);

函數接受的參數值有:GL_VERTEX_ARRAY, GL_COLOR_ARRAY, GL_SECONDARY_COLOR_ARRAY, GL_NORMAL_ARRAY, GL_FOG_CORRDINATE_ARRAY, GL_TEXTURE_COORD_ARRAY和GL_EDGE_FLAG_ARRAY。在上面的例子中咱們只使用到了頂點數組。固然咱們能夠同時啓用多種類型的數組。

爲何是使用glEnableClientState來啓用數組而不是像之前那樣用glEnable？由於OpenGL的設計時 client/server模式的。server服務器是圖形硬件，client客戶端是CPU和內存。對於PC來講，服務器就是顯卡，客戶端就是CPU和主存。

指定數據

在咱們啓用了頂點數組以後，咱們須要告訴OpenGL數據在哪裏（內存中的位置）。在上面的例子中相應的代碼:

glVertexPointer(2, GL_FLOAT, 0, &smallStars[0]);

相應的有指定顏色數組，紋理座標數組等等，列表以下：

//頂點 void glVertexPointer(GLint size, GLenum type, GLsizei stride, const void *pointer); //顏色 void glColorPointer(GLint size, GLenum type, GLsizei stride, const void *pointer); //紋理座標 void glTexCoordPointer(GLint size, GLenum type, GLsizei stride, const void *pointer); //輔助顏色 void glSecondaryColorPointer(GLint size, GLenum type, GLsizei stride, const void *pointer); //法線 void glNormalPointer(GLenum type, GLsizei stride, const void *pData); //霧座標 void glFogCoordPointer(GLenum type, GLsizei stride, const void *pointer); //邊界 void glEdgeFlagPointer(GLenum type, GLsizei stride, const void *pointer);

上面同類型的參數意義都是同樣的。 其中第一個參數size是指一個頂點或顏色等所包含的元素的個數，例如頂點有(x,y), (x,y,z), (x,y,z,w)的形式。像法線，霧座標， 邊界標記這幾個函數沒有size，由於它們的值必定是3(x,yz)的形式。

參數type指的是數據的類型，並非全部的數據類型均可以被接受的。什麼類型的數組能接受的數據類型和元素個數以下：

stride參數指定了數據之間的間隔。例子中的狀況是0，爲咱們的頂點數據是緊挨着的。若是咱們一個數組中即包含了頂點數據和顏色數據（混合數組），那麼咱們能夠經過這個stride來區分。舉個例子：

GLfloat data[] =
  {
    10.0f, 5.0f, 0.0f, //頂點數據  1.0f, 0.0f, 0.0f , //顏色數據  5.0f, 10.0f, 0.0f, //頂點數據  0.0f, 1.0f, 0.0f //顏色數據 }

  glVertexPointer(3, GL_FLOAT, 3, &data[0]); //此時頂點數據的間隔就是3  glColorPointer(3, GL_FLOAT, 3, &data[3]); //此時顏色數據的間隔也是3

對於多重紋理的狀況，若是咱們是使用glBegin/glEnd的方式，那能夠經過glMultiTexCoord來指示爲哪個紋理指定座標。若是使用頂點數組的方式，那麼咱們能夠在調用glTexCoordPointer以前調用：

glClientActiveTexture(GLenum texture);

其中texture是GL_TEXTURE0, GL_TEXTURE1等。來指定是哪個紋理的座標。

用數據繪製

到此爲止OpenGl已經知道咱們數據的位置了，那麼咱們能夠用下面的代碼遍歷咱們的數據：

glBegin(GL_POINTS); for(i = 0; i < SMALL_STARS; i++)
    glArrayElement(i);
glEnd();

glArrayElement會從數組中提取相應的數據。假設咱們已經啓用和設置好了頂點，顏色，紋理座標數組。那麼上面的函數調用至關於：

glBegin(GL_POINTS); for (i = 0; i < SMALL_STARS; ++i)
    {
      glColor3fv(color[i]);
      glTexCoord3fv(texcoord[i]);
      glVertex3fv(vertex[i]);
    }
  glEnd();

固然OpenGL提供了一種更簡便快速的方法：

void glDrawArrays(GLenum mode, GLint first, GLint count);

其中mode指定了渲染的圖元模式GL_POINTS, GL_TRIANGLES等等。第二個參數first指定了頂點數組起始的下標，count指定了要使用的頂點的個數。在上面的例子中，渲染小星星的方式以下：

glDrawArrays(GL_POINTS, 0, SMALL_NUM);

這樣OpenGL的實現能夠優化這些數據塊傳輸的過程，也節省了許多函數的調用。

頂點索引數組

頂點索引數組存儲的是頂點數組的索引（數組的下標）。這樣一來改變頂點遍歷的順序，其訪問順序是由一個單獨的索引數組指定的。二來頂點數組能夠減小存儲頂點的數量，一些幾何圖形有許多的共享頂點，若是使用頂點索引數組的方式，這些共享的頂點就不必重複存儲在頂點數組中（許多狀況下能夠節省內存空間，節省傳輸的帶寬，也減小對內存的操做），也減小了變換的開銷。在理想的狀況下，他們可能比顯示列表更快。

雖然三角形帶(GL_TRIANGLE_STRIPS)可以共享頂點。但沒辦法避免兩個三角形帶所共享頂點的變換的開銷，由於每個三角形帶都必須是獨立的。

下面舉一個簡單的例子。

簡單的立方體

一個立方體有6個面，每一個面都是由4個頂點組成的正方形，6x4=24個頂點，其實有許多被正方形共享的頂點，不重複的頂點只有8個。但按照以往的方式使用glBegin(GL_UQADS)/glEnd，咱們仍是須要傳輸24個頂點（調用glVertex 24次）。若是咱們使用頂點索引數組的方式，就只須要8個頂點就夠了，咱們用索引指向這些頂點，索引數組中會有重複的值。圖示以下：

每一個頂點有浮點數值組成的，但每一個索引只是一個整數值。在頂點數少的狀況下，並不會節省多少空間。好比這個立方體，雖然頂點數組少存了16個頂點，可是索引數組須要額外的24個整數值來存儲這些頂點的索引的。

代碼示例：

static GLfloat cube[]={-1.0f, -1.0f, -5.0f, //前面的正方形  1.0f, -1.0f,-5.0f,
1.0f, 1.0f, -5.0f, 
-1.0f, 1.0f, -5.0f,
-1.0f, -1.0f, -10.0f,//背面的正方形  1.0f, -1.0f, -10.0f,
1.0f, 1.0f, -10.0f,
-1.0f, 1.0f, -10.0f}; static GLubyte index[]={0, 1, 2, 3, //前面  0, 3, 7, 4, //左面  5, 6, 2, 1, //右面  7, 6, 5, 4, //後面  3, 2, 6, 7, //上面  1, 0, 4, 5 //地面 }; void SetupRC()
{
  glClearColor(1.0f, 1.0f, 1.0f, 1.0f);
  glPolygonMode(GL_FRONT_AND_BACK, GL_LINE);
} void RenderScene()
{
  glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);

  glColor3f(0.0f, 0.0f, 1.0f);

  glPushMatrix();
  glEnableClientState(GL_VERTEX_ARRAY);
  glVertexPointer(3, GL_FLOAT, 0, cube);

  glDrawElements(GL_QUADS, 24, GL_UNSIGNED_BYTE, index);

  glDisableClientState(GL_VERTEX_ARRAY);
  glPopMatrix();
  glutSwapBuffers();
}

能夠看到上面調用繪製的函數是

glDrawElements(GL_QUADS, 24, GL_UNSIGNED_BYTE, indexes);

第一個參數是圖元的模式，第二個是索引數組包含的值的個數，第三個參數索引數組值的類型，最後一個參數是索引數組的指針。還有其餘相應的函數。

glDrawRangeElements 能夠指定索引數組的起始和結束位置.

glInterleavedArrays可使用混合數組。相關的函數請參考文檔。