Learn OpenGL Plus——VAO,VBO

在学习 OpenGL 的时候，可能第一次遇到的比较难以理解的概念就是 VBO，VAO 和 EBO 这三个 O。而之所以难以理解的原因，我认为有以下几个原因：

• 缺少关键的历史背景
  OpenGL 在其发展过程中发生过的一个重大的改变就是从固定渲染管线（Fixed Function Pipeline）变为可编程渲染管线（Programmable Pipeline）。而这两种截然不同的渲染管线的转变也涉及到大量概念的改变。对于绝大部分刚开始接触 OpenGL 的新手来说，由于缺少了很多的历史背景，导致在理解很多概念的时候无法有一个正确。
• 翻译
  在学习的过程中，我发现一个很重要的点，那就是很多固定的技术术语在翻译为中文的时候，由于没有一个统一的翻译或者没有术语表，导致同一个名词会有很多不同的翻译，最终到知道很多时候对着几个翻译不同的术语疑惑不解。

因此，我接下来写的内容将会有两个重要的前提：

• 尽我所能补全对应的历史背景信息
• 术语表，标清楚英文原文和我认为清晰的中文翻译

顶点属性

顶点属性（Vertex Attribute）又叫顶点数据，例如位置坐标，纹理坐标，颜色，法线等都属于纹理属性。顶点属性是有上限的，可以通过
glGetIntegerv(GL_MAX_VERTEX_ATTRIBS, &maxVertexAttribs) 来查询支持的最大顶点属性的个数，所有 OpenGL 实现必须支持至少 16 个顶点属性。注意，这里需要避免误解，不是说 16 个顶点，而是 16 个顶点属性，顶点个数不受 GL_MAX_VERTEX_ATTRIBS 限制，具体可以看一下下面的图会能够理解：

Vertex Array 和 Vertex Buffer Object

顶点属性的组织存储方式经历了很多——从最开始的 glVertex 到显示列表（Display List），顶点数组（Vertex Array），而在 VBO 出现了以后，之前的方法就陆续都被弃用了。所以花太多时间去理解一些已经被弃用的东西不是很有意义，而为了体现出 VBO 的优势，简单认识一下历史还是很有必要的，具体的内容可以看 这篇十分优秀的文章 ，这里简单总结一下：

• glVertex 的问题在于低效，每次 glVertex 调用都需要与 GPU 做一次通信
• 显示列表解决了 glVertex 的效率问题，可以将所有的顶点收集好一次性发送给 GPU。但是问题在于缺乏灵活性，顶点属性数据在发送给 GPU 以后，就不能再修改了
• 顶点数组没有显示列表不能修改数据的问题，但是顶点数组的问题在于数据处理效率：顶点数组是在客户端设置的，所以执行 glDrawArray 或 glDrawElement 这类函数（）后，客户端还得把得到的顶点数据向服务端传输一次（所谓的 “二次处理”），这样一来就有了不必要的动作了，降低了效率

而 VBO 则结合了之前各个方法的优点，直接把顶点数据交到流水线的第一步，与显示列表的效率还是有差距，但它这样就得到了操作数据的弹性 —— 渲染阶段，我们的 VBO 绘制函数持续把顶点数据交给流水线，在某一刻我们可以把该帧到达了流水线的顶点数据取回客户端修改（Vertex mapping），再提交回流水线（Vertex unmapping），或者用 glBufferData 或 glBufferSubData 重新全部或 buffer 提交修改了的顶点数据，这是 VBO 的另一个特性。[^2]

需要区分顶点属性和通用顶点属性的区别，在老版本的 OpenGL 里，顶点属性的解释是通过不同的函数来实现的。例如纹理坐标是通过 glTexCoordPointer()，法线是通过 glNormalPointer()。但是这样有一些局限性就是不灵活。因此在 OpenGL 2.0 的时候引入了新的方法——glVertexAttribPointer()。这个方法的引入带来了一个全新的概念——通用顶点属性（generic vertex attribute）。通过这个方法，可以对 VBO 里的所有顶点属性进行更加灵活的定义说明。^1

With GL 2.0, a new way to specify your vertex information became available: glVertexAttribPointer

You could of course continue to use glVertexPointer, glTexCoordPointer, glNormalPointer, glColorPointer.

If you create a GL 3.0 forward context, you won’t be able to use glVertexPointer, glTexCoordPointer, glNormalPointer, glColorPointer.

You must use the generic version in this case: glVertexAttribPointer

在理解了顶点属性的概念了以后，接下来的问题就是，这些顶点属性存在哪？

VBO VAO 傻傻分不清楚

VBO 是真正存储顶点属性数据的缓冲对象 （Buffer Object），但是 VBO 也就仅仅是一块在 GPU 内存储数据的内存空间而已，需要有人对这块内存空间存储的格式进行解释说明，而 VAO 就承担了这个角色。

VAO 记录的是一次绘制中所需要的信息，这包括：

1. 数据在哪里： glBindBuffer
2. 数据的格式是怎么样的 glVertexAttribPointer
3. shader-attribute 的 location 的启用 glEnableVertexAttribArray。[^2]

VBO 与 Shader

一开始学习 Shader 的时候肯定对下面的 glsl 代码疑惑过：

layout (location=0) in vec3 aPos;

从 这个回答 可以看到，layout (location=X) 是一种类似语法糖的写法，是在新版（相对）的 OpenGL 版本才支持这种写法；而通过 glBindAttribLocation() 的写法是传统写法，可能兼容性会更好一些，但是两者最终的作用是一样的。

[^2]: OpenGL 中 glVertex、显示列表 (glCallList)、顶点数组 (Vertex array)、VBO 及 VAO 区别