OpenGL ES 高级进阶：VBO和IBO

大家好，这是我的OpenGL ES 高级进阶系列文章，在我的github上有一个与本系列文章对应的项目，欢迎关注，链接：github.com/kenneycode/…

今天给大家介绍VBO（Vertex Buffer Object）和IBO（Index Buffer Object），让我们先从一段代码开始，逐步介绍它们：

// 将三角形顶点数据放入buffer中
// Put the triangle vertex data into the vertexDataBuffer
vertexDataBuffer = ByteBuffer.allocateDirect(vertexData.size * java.lang.Float.SIZE / 8)
    .order(ByteOrder.nativeOrder())
    .asFloatBuffer()
vertexDataBuffer.put(vertexData)
vertexDataBuffer.position(0)

// 启动对应位置的参数，这里直接使用LOCATION_ATTRIBUTE_POSITION，而无需像OpenGL 2.0那样需要先获取参数的location
// Enable the parameter of the location. Here we can simply use LOCATION_ATTRIBUTE_POSITION, while in OpenGL 2.0 we have to query the location of the parameter
GLES30.glEnableVertexAttribArray(LOCATION_ATTRIBUTE_POSITION)

// 指定a_position所使用的顶点数据
// Specify the data of a_position
GLES30.glVertexAttribPointer(LOCATION_ATTRIBUTE_POSITION, VERTEX_COMPONENT_COUNT, GLES30.GL_FLOAT, false, 0, vertexDataBuffer)

这段代码大家应该很熟悉了，它的作用就是将顶点数据指定给vertex shader中的attribute变量，这里有个细节之前没提到过，就是glVertexAttribPointer()这个方法指定了顶点数据，但它不会将顶点数据一直存储在显存中，而我们渲染的时候，所有要访问的数据必需在显存中，因此，每次渲染时，OpenGL会有一个将这些顶点数据从内存复制到显存的操作，这样会带来一些问题：

一个是因此每次渲染都要复制一次，因此内存中的顶点数据要一直留着，不然复制的时候就没有数据来复制了。
另一个是如果顶点数据量大的时候，每次渲染都做这样的一次复制，性能上会有问题，我们的例子中，顶点算是非常少的，那什么时候顶点会多呢？例如做一些形变效果时，往往会划分网格，一般来说划分得越多，效果越细腻，这时顶点就会很多，另外，在做3D渲染时，通常顶点也很多，单个3D模型甚至可以有上万个顶点。

那有什么办法来避免复制？这时就要用到VBO，它可以和顶点数据绑定，绑定后的顶点数据是一直存储在显存中的，当需要用这些顶点数据的时候，直接绑定这个VBO就行了，不会有复制过程。

那IBO又是什么呢？它和VBO作用很类似，VBO是为了避免顶点数据的复制，IBO是则是为了避免顶点索引数据的复制，什么是顶点索引呢？我们先来看一份顶点数据：

// 三角形顶点数据
// The vertex data of a triangle
private val vertexData = floatArrayOf(
                            -1f, -1f,   // 左下角
                            -1f, 1f,    // 左上角
                            1f, 1f,     // 右上角
                            -1f, -1f,   // 左下角
                            1f, 1f,     // 右上角
                            1f, -1f     // 右下角
                        )                       
// 顶点索引数据
// The vertex data of triangles
private val indexData = intArrayOf(0, 1, 2, 0, 2, 3)

这是一份很普通的顶点数据，在我们的教程中多次用到过，它用2个三角形组成了一个矩形，对应用GL_TRIANGLES的绘制模式进行渲染（绘制模式可参考我的一篇文章《Android OpenGL ES 2.0 手把手教学（5）- 绘制模式》），我们可以很容易地看到，这6个顶点是有重复的，一个矩形只需要4个顶点就行了，有些点是不同三角形之间共用的，那么如何让不同三角形之间共用？这就要用到顶点索引，它能让我们用索引的方法告诉OpenGL我们的顶点，而不是每个点都用坐标的方式给出，这样可以减少我们的顶点数据量，这在面片数量较大时很有用。

那么下面我们来看看具体如何使用VBO和IBO，先来看看顶点数据和顶点索引数据：

// 三角形顶点、纹理数据
// The vertex data and texture coordinate data of triangles
private val vertexData = floatArrayOf(
                            -1f, -1f,   0f, 1f,     // x, y, u, v
                            -1f, 1f,    0f, 0f,
                            1f, 1f,     1f, 0f,
                            1f, -1f,    1f, 1f
                        )

这里我们将顶点和纹理坐标组合越来，这也是配合VBO和IBO的常规优化用法，它的好处让顶点和纹理坐标在存储上靠近，利于OpenGL取数据，提高性能，特别是在3D渲染时，数据一般都是这样组织的。

接下来用glGenBuffers创建VBO和IBO:

// 创建VBO和IBO
// Create VBO and IBO
val buffers = IntArray(2)
GLES30.glGenBuffers(buffers.size, buffers, 0)
vbo = buffers[0]
ibo = buffers[1]

我们可以看到，在创建的时候其实并没有VBO和IBO的区别，都是叫buffer，它们是在真正用的时候才能体现出区别。

下面将顶点的纹理数据加载到VBO中：

// 将顶点数据载入VBO
// Load vertex data into VBO
val vertexDataBuffer = ByteBuffer.allocateDirect(vertexData.size * java.lang.Float.SIZE / 8)
                                    .order(ByteOrder.nativeOrder())
                                    .asFloatBuffer()
vertexDataBuffer.put(vertexData)
vertexDataBuffer.position(0)
GLES30.glBindBuffer(GLES30.GL_ARRAY_BUFFER, vbo)
GLES30.glBufferData(GLES30.GL_ARRAY_BUFFER, vertexDataBuffer.capacity() * java.lang.Float.SIZE / 8, vertexDataBuffer, GLES30.GL_STATIC_DRAW)
GLES30.glEnableVertexAttribArray(LOCATION_ATTRIBUTE_POSITION)
GLES30.glEnableVertexAttribArray(LOCATION_ATTRIBUTE_TEXTURE_COORDINATE)
GLES30.glVertexAttribPointer(LOCATION_ATTRIBUTE_POSITION, 2, GLES30.GL_FLOAT, false, 16, 0)
GLES30.glVertexAttribPointer(LOCATION_ATTRIBUTE_TEXTURE_COORDINATE, 2, GLES30.GL_FLOAT, false, 16, 8)

主要的关键点是先用glBindBuffer绑定我们在操作的buffer，这一点和操作texture和frame buffer时很像，操作前都先绑定。接着用glBufferData给它喂数据，这里最后一个参数用于提示OpenGL以便于它做一些优化，例如这里我们传了GL_STATIC_DRAW，即我们的数据是不会变的，还有一些其它的可以设置，如GL_DYNAMIC_DRAW则提示OpenGL这个buffer的数据是会变的。

在glVertexAttribPointer指定顶点和纹理数据时，我们不再像之前那样，直接把数据的传进来，因为这时我们的数据已经在VBO中了，这里不需要再传，这里重点关注最后两个参数，倒数第二个参数是指定stride，即OpenGL去取一份数据时的跨度，这里因为我们把顶点和纹理数据组合在了一起，因此一份数据是2个顶点和2个纹理坐标，即4个float，16个字节。倒数第一个参数是指定这个数据在一份数据中的开始位置，因为我们在一份数据中是先放顶点再放纹理坐标，因此对于顶点，开始位置是0，对于纹理坐标，开始位置是第8个字节。

这样我们就设置好了VBO和IBO，在渲染的时候，直接绑定VBO和IBO就可以使用对应的顶点和纹理数据了：

override fun onDrawFrame(gl: GL10?) {

    // 设置清屏颜色
    // Set the color which the screen will be cleared to
    GLES30.glClearColor(0.9f, 0.9f, 0.9f, 1f)

    // 清屏
    // Clear the screen
    GLES30.glClear(GLES30.GL_COLOR_BUFFER_BIT)

    // 设置视口，这里设置为整个GLSurfaceView区域
    // Set the viewport to the full GLSurfaceView
    GLES30.glViewport(0, 0, glSurfaceViewWidth, glSurfaceViewHeight)

    // 设置好状态，准备渲染
    // Set the status before rendering
    GLES30.glBindBuffer(GLES30.GL_ARRAY_BUFFER, vbo)
    GLES30.glBindBuffer(GLES30.GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, ibo)
    GLES30.glActiveTexture(GLES30.GL_TEXTURE0)
    GLES30.glBindTexture(GLES30.GL_TEXTURE_2D, imageTexture)

    // 调用draw方法用TRIANGLES的方式执行渲染，顶点数量为3个
    // Call the draw method with GL_TRIANGLES to render 3 vertices
    GLES30.glDrawElements(GLES30.GL_TRIANGLES, indexData.size, GLES30.GL_UNSIGNED_INT, 0)

}