关于opengl中VAO、VBO和EBO的概念整理

最近在学习下opengl相关知识，主要通过这个地方学习：https://www.jianshu.com/p/6bda18e953f6

第二章和第三章中提到这么几个概念：顶点缓冲对象（VBO Vertex Buffer Object）、顶点数组对象（VAO Vertex Array Object）和元素缓存对象（EBO Element Buffer Object）

由于对于OpenGL图形渲染管线相关不是很熟，所以查阅相关资料，整理如下

　　上图是一张经典的OpenGL图形渲染管线概念图，

　　首先，我们以数组的形式传递3个3D坐标作为图形渲染管线的输入，用来表示一个三角形，这个数组叫做顶点数据(Vertex Data)；顶点数据是一系列顶点的集合。一个顶点(Vertex)是一个3D坐标的数据的集合。而顶点数据是用顶点属性(Vertex Attribute)表示的，它可以包含任何我们想用的数据。

　　为了让OpenGL知道我们的坐标和颜色值构成的到底是什么，OpenGL需要你去指定这些数据所表示的渲染类型。我们是希望把这些数据渲染成一系列的点？一系列的三角形？还是仅仅是一个长长的线？做出的这些提示叫做图元(Primitive)，任何一个绘制指令的调用都将把图元传递给OpenGL。这是其中的几个：GL_POINTS、GL_TRIANGLES、GL_LINE_STRIP。

　　图形渲染管线的第一个部分是顶点着色器(Vertex Shader)，它把一个单独的顶点作为输入。顶点着色器主要的目的是把3D坐标转为另一种3D坐标，同时顶点着色器允许我们对顶点属性进行一些基本处理。

　　图元装配(Primitive Assembly)阶段将顶点着色器输出的所有顶点作为输入（如果是GL_POINTS，那么就是一个顶点），并所有的点装配成指定图元的形状；。

　　图元装配阶段的输出会传递给几何着色器(Geometry Shader)。几何着色器把图元形式的一系列顶点的集合作为输入，它可以通过产生新顶点构造出新的（或是其它的）图元来生成其他形状。例子中，它生成了另一个三角形。

　　几何着色器的输出会被传入光栅化阶段(Rasterization Stage)，这里它会把图元映射为最终屏幕上相应的像素，生成供片段着色器(Fragment Shader)使用的片段(Fragment)。在片段着色器运行之前会执行裁切(Clipping)。裁切会丢弃超出你的视图以外的所有像素，用来提升执行效率。

　　片段着色器的主要目的是计算一个像素的最终颜色，这也是所有OpenGL高级效果产生的地方。通常，片段着色器包含3D场景的数据（比如光照、阴影、光的颜色等等），这些数据可以被用来计算最终像素的颜色。

　　在所有对应颜色值确定以后，最终的对象将会被传到最后一个阶段，我们叫做Alpha测试和混合(Blending)阶段。这个阶段检测片段的对应的深度（和模板(Stencil)）值（后面会讲），用它们来判断这个像素是其它物体的前面还是后面，决定是否应该丢弃。这个阶段也会检查alpha值（alpha值定义了一个物体的透明度）并对物体进行混合(Blend)。所以，即使在片段着色器中计算出来了一个像素输出的颜色，在渲染多个三角形的时候最后的像素颜色也可能完全不同。

　　可以看到，图形渲染管线非常复杂，它包含很多可配置的部分。然而，对于大多数场合，我们只需要配置顶点和片段着色器就行了。几何着色器是可选的，通常使用它默认的着色器就行了。

　　顶点缓冲对象（Vertex Buffer Objects，VBO） 

　　顶点缓冲对象VBO是在显卡存储空间中开辟出的一块内存缓存区，用于存储顶点的各类属性信息，如顶点坐标，顶点法向量，顶点颜色数据等。在渲染时，可以直接从VBO中取出顶点的各类属性数据，由于VBO在显存而不是在内存中，不需要从CPU传输数据，处理效率更高。 

　　所以可以理解为VBO就是显存中的一个存储区域，可以保持大量的顶点属性信息。并且可以开辟很多个VBO，每个VBO在OpenGL中有它的唯一标识ID，这个ID对应着具体的VBO的显存地址，通过这个ID可以对特定的VBO内的数据进行存取操作。

　　顶点数组对象（Vertex Arrary Object，VAO） 

　　VBO保存了一个模型的顶点属性信息，每次绘制模型之前需要绑定顶点的所有信息，当数据量很大时，重复这样的动作变得非常麻烦。VAO可以把这些所有的配置都存储在一个对象中，每次绘制模型时，只需要绑定这个VAO对象就可以了。 

　　VAO是一个保存了所有顶点数据属性的状态结合，它存储了顶点数据的格式以及顶点数据所需的VBO对象的引用。 

　　VAO本身并没有存储顶点的相关属性数据，这些信息是存储在VBO中的，VAO相当于是对很多个VBO的引用，把一些VBO组合在一起作为一个对象统一管理。

　　执行VAO绑定之后其后的所有VBO配置都是这个VAO对象的一部分，可以说VBO是对顶点属性信息的绑定，VAO是对很多个VBO的绑定。

　　索引缓冲对象（Element Buffer Object，EBO） 

　　索引缓冲对象EBO相当于OpenGL中的顶点数组的概念，是为了解决同一个顶点多洗重复调用的问题，可以减少内存空间浪费，提高执行效率。当需要使用重复的顶点时，通过顶点的位置索引来调用顶点，而不是对重复的顶点信息重复记录，重复调用。 

　　EBO中存储的内容就是顶点位置的索引indices，EBO跟VBO类似，也是在显存中的一块内存缓冲器，只不过EBO保存的是顶点的索引。

 

#include <iostream>

// GLEW
#define GLEW_STATIC
#include <GL/glew.h>

// GLFW
#include <GLFW/glfw3.h>


// Function prototypes
void key_callback(GLFWwindow* window, int key, int scancode, int action, int mode);

// Window dimensions
const GLuint WIDTH = 800, HEIGHT = 600;

// Shaders
const GLchar* vertexShaderSource = "#version 330 core\n"
    "layout (location = 0) in vec3 position;\n"
    "void main()\n"
    "{\n"
    "gl_Position = vec4(position.x, position.y, position.z, 1.0);\n"
    "}\0";
const GLchar* fragmentShaderSource = "#version 330 core\n"
    "out vec4 color;\n"
    "void main()\n"
    "{\n"
    "color = vec4(1.0f, 0.5f, 0.2f, 1.0f);\n"
    "}\n\0";

// The MAIN function, from here we start the application and run the game loop
int main()
{
    // Init GLFW
    glfwInit();
    // Set all the required options for GLFW
    glfwWindowHint(GLFW_CONTEXT_VERSION_MAJOR, 3);
    glfwWindowHint(GLFW_CONTEXT_VERSION_MINOR, 3);
    glfwWindowHint(GLFW_OPENGL_PROFILE, GLFW_OPENGL_CORE_PROFILE);
    glfwWindowHint(GLFW_RESIZABLE, GL_FALSE);

    // Create a GLFWwindow object that we can use for GLFW's functions
    GLFWwindow* window = glfwCreateWindow(WIDTH, HEIGHT, "LearnOpenGL", nullptr, nullptr);
    glfwMakeContextCurrent(window);

    // Set the required callback functions
    glfwSetKeyCallback(window, key_callback);

    // Set this to true so GLEW knows to use a modern approach to retrieving function pointers and extensions
    glewExperimental = GL_TRUE;
    // Initialize GLEW to setup the OpenGL Function pointers
    glewInit();

    // Define the viewport dimensions
    int width, height;
    glfwGetFramebufferSize(window, &width, &height);  
    glViewport(0, 0, width, height);


    // Build and compile our shader program
    // Vertex shader
    GLuint vertexShader = glCreateShader(GL_VERTEX_SHADER);
    glShaderSource(vertexShader, 1, &vertexShaderSource, NULL);
    glCompileShader(vertexShader);
    // Check for compile time errors
    GLint success;
    GLchar infoLog[512];
    glGetShaderiv(vertexShader, GL_COMPILE_STATUS, &success);
    if (!success)
    {
        glGetShaderInfoLog(vertexShader, 512, NULL, infoLog);
        std::cout << "ERROR::SHADER::VERTEX::COMPILATION_FAILED\n" << infoLog << std::endl;
    }
    // Fragment shader
    GLuint fragmentShader = glCreateShader(GL_FRAGMENT_SHADER);
    glShaderSource(fragmentShader, 1, &fragmentShaderSource, NULL);
    glCompileShader(fragmentShader);
    // Check for compile time errors
    glGetShaderiv(fragmentShader, GL_COMPILE_STATUS, &success);
    if (!success)
    {
        glGetShaderInfoLog(fragmentShader, 512, NULL, infoLog);
        std::cout << "ERROR::SHADER::FRAGMENT::COMPILATION_FAILED\n" << infoLog << std::endl;
    }
    // Link shaders
    GLuint shaderProgram = glCreateProgram();
    glAttachShader(shaderProgram, vertexShader);
    glAttachShader(shaderProgram, fragmentShader);
    glLinkProgram(shaderProgram);
    // Check for linking errors
    glGetProgramiv(shaderProgram, GL_LINK_STATUS, &success);
    if (!success) {
        glGetProgramInfoLog(shaderProgram, 512, NULL, infoLog);
        std::cout << "ERROR::SHADER::PROGRAM::LINKING_FAILED\n" << infoLog << std::endl;
    }
    glDeleteShader(vertexShader);
    glDeleteShader(fragmentShader);


    // Set up vertex data (and buffer(s)) and attribute pointers
    // We add a new set of vertices to form a second triangle (a total of 6 vertices); the vertex attribute configuration remains the same (still one 3-float position vector per vertex)
    GLfloat firstTriangle[] = {
        -0.9f, -0.5f, 0.0f,  // Left 
        -0.0f, -0.5f, 0.0f,  // Right
        -0.45f, 0.5f, 0.0f,  // Top 
    };
    GLfloat secondTriangle[] = {
         0.0f, -0.5f, 0.0f,  // Left
         0.9f, -0.5f, 0.0f,  // Right
         0.45f, 0.5f, 0.0f   // Top 
    };
    GLuint VBOs[2], VAOs[2];
    glGenVertexArrays(2, VAOs); // We can also generate multiple VAOs or buffers at the same time
    glGenBuffers(2, VBOs);
    // ================================
    // First Triangle setup
    // ===============================
    glBindVertexArray(VAOs[0]);
    glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, VBOs[0]);
    glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(firstTriangle), firstTriangle, GL_STATIC_DRAW);
    glVertexAttribPointer(0, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 3 * sizeof(GLfloat), (GLvoid*)0);    // Vertex attributes stay the same
    glEnableVertexAttribArray(0);
    glBindVertexArray(0);
    // ================================
    // Second Triangle setup
    // ===============================
    glBindVertexArray(VAOs[1]);    // Note that we bind to a different VAO now
    glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, VBOs[1]);    // And a different VBO
    glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(secondTriangle), secondTriangle, GL_STATIC_DRAW);
    glVertexAttribPointer(0, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 0, (GLvoid*)0); // Because the vertex data is tightly packed we can also specify 0 as the vertex attribute's stride to let OpenGL figure it out.
    glEnableVertexAttribArray(0);
    glBindVertexArray(0);

    // Game loop
    while (!glfwWindowShouldClose(window))
    {
        // Check if any events have been activiated (key pressed, mouse moved etc.) and call corresponding response functions
        glfwPollEvents();

        // Render
        // Clear the colorbuffer
        glClearColor(0.2f, 0.3f, 0.3f, 1.0f);
        glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);

        // Activate shader (same shader for both triangles)
        glUseProgram(shaderProgram);
        // Draw first triangle using the data from the first VAO
        glBindVertexArray(VAOs[0]);
        glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, 3);
        // Then we draw the second triangle using the data from the second VAO
        glBindVertexArray(VAOs[1]);
        glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, 3);
        glBindVertexArray(0);

        // Swap the screen buffers
        glfwSwapBuffers(window);
    }
    // Properly de-allocate all resources once they've outlived their purpose
    glDeleteVertexArrays(2, VAOs);
    glDeleteBuffers(2, VBOs);
    // Terminate GLFW, clearing any resources allocated by GLFW.
    glfwTerminate();
    return 0;
}

// Is called whenever a key is pressed/released via GLFW
void key_callback(GLFWwindow* window, int key, int scancode, int action, int mode)
{
    if (key == GLFW_KEY_ESCAPE && action == GLFW_PRESS)
        glfwSetWindowShouldClose(window, GL_TRUE);
}

　　如上所示，VAO主要是保存了VBO的初始化过程

　　EBO则也类似。