頂點(diǎn)緩沖區(qū)

使用OpenGL畫一個(gè)三角形，我們需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)vertex buffer(頂點(diǎn)緩沖區(qū))和一個(gè)shader(著色器)，vertex buffer本質(zhì)上就是一個(gè)內(nèi)存緩沖區(qū)，簡單來說，就是一塊用來存字節(jié)的內(nèi)存，它是OpenGL中的內(nèi)存緩沖區(qū)，存在于顯卡上，在我們的VRAM中（VideoRAM，顯存的一種形式，允許CPU、GPU同時(shí)訪問）；著色器基本上就是一個(gè)在GPU上運(yùn)行的程序，意思是它就是我們寫的一堆代碼，被傳遞給顯卡，然后像別的程序一樣進(jìn)行編譯，鏈接，然后運(yùn)行，與其他程序的不同之處只在于它運(yùn)行在GPU上，而不是像C++程序一樣運(yùn)行在CPU上。

畫一個(gè)三角形的基本思想是這樣的，首先我們用C++寫的東西是在CPU上運(yùn)行的，我們定義一些數(shù)據(jù)來表示三角形，把這些數(shù)據(jù)放到顯卡的VRAM中，然后CPU發(fā)出DrawCall指令，這是一個(gè)繪制命令，它告訴顯卡去讀取顯存中的這些數(shù)據(jù)，并且把它畫在屏幕上，如何讀取、解釋這些數(shù)據(jù)以及如何把它畫到屏幕上也是我們需要告訴顯卡的，這就是著色器的作用。

我們要做的就是把之前這些頂點(diǎn)數(shù)據(jù)放進(jìn)一個(gè)緩沖區(qū)，傳到OpenGL的VRAM，然后發(fā)出一個(gè)DrawCall指令，所以我們先定義一個(gè)緩沖區(qū)：

創(chuàng)建了緩沖區(qū)后，我們要使用這個(gè)緩沖區(qū)，就要先綁定它：

下一步就是指定數(shù)據(jù)，先創(chuàng)建一個(gè)數(shù)組來儲存頂點(diǎn)數(shù)據(jù)，這里可以簡單地定義數(shù)組([]中空著)，也可以像這里一樣更具體地定義，glBufferData()函數(shù)的第三個(gè)參數(shù)需要的指針就指向positons數(shù)組

這樣我們就準(zhǔn)備好了一個(gè)緩沖區(qū)，現(xiàn)在只要發(fā)出一個(gè)DrawCall指令，由兩種方式：一個(gè)是glDrawArrays()函數(shù)，這是一個(gè)沒有索引緩沖區(qū)時(shí)可以用的方法，現(xiàn)在我們還沒有索引緩沖區(qū)，所以就用這個(gè)方法。另一個(gè)是glDrawElements()函數(shù)，這個(gè)是有索引緩沖區(qū)時(shí)使用的函數(shù)，

現(xiàn)在你可能注意到我們告訴了OpenGL要畫一個(gè)三角形，從0開始，渲染3個(gè)點(diǎn)，但并沒有指明要畫的是哪個(gè)緩沖區(qū)里的數(shù)據(jù)，這是因?yàn)镺penGL是一個(gè)狀態(tài)機(jī)，當(dāng)我們創(chuàng)建了緩沖區(qū)buffer后，用glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, buffer)函數(shù)綁定了這個(gè)緩沖區(qū)，之后調(diào)用DrawCall指令，畫的就是綁定的這個(gè)緩沖區(qū)，如果在綁定之前調(diào)用DrawCall指令或者綁定的是其他緩沖區(qū)，就會(huì)出現(xiàn)問題。

著色器

目前簡單的來說，OpenGL為我們的顯卡提供了我們想要畫的三角形的數(shù)據(jù)，現(xiàn)在我們要用到一個(gè)著色器，它會(huì)在GPU上執(zhí)行，去讀取這些頂點(diǎn)數(shù)據(jù)，然后在屏幕上顯示。著色器讀取的數(shù)據(jù)是一大堆浮點(diǎn)數(shù)，這些浮點(diǎn)數(shù)用來表示每個(gè)頂點(diǎn)的位置，還包括坐標(biāo)、紋理、法線等，但我們需要告訴OpenGL它們是如何布局的以及這些內(nèi)存到底是什么東西，我們把這些布局方式定義在CPU里。

我們在這里需要了解vertex attributes(頂點(diǎn)屬性)，頂點(diǎn)不只是位置，它是一個(gè)在幾何上的點(diǎn)，它可以包含位置、紋理、坐標(biāo)、法線、顏色等屬性。

調(diào)用glVertexAttribPointer()前，需要先調(diào)用glEnableVertexAttribArray()，就像綁定緩存一樣，這樣一來，這兩行代碼就能告訴OpenGL我們的緩存數(shù)據(jù)的布局，此時(shí)不帶任何著色器去運(yùn)行，也能看到一個(gè)白色的三角形了，因?yàn)槿绻覀儧]有提供自己的著色器的話，GPU驅(qū)動(dòng)會(huì)向我們提供默認(rèn)的著色器。

我們想要給GPU編程，利用GPU的性能在屏幕上畫出圖形，但這并不意味著我們需要在GPU上做所有的事，有些東西在CPU上是更快的，某些情況可能只是發(fā)送結(jié)果數(shù)據(jù)給GPU，但過程是在CPU上運(yùn)行的，但不可否認(rèn)，有大量和圖形有關(guān)的事情，GPU運(yùn)行起來是更快的，這就是著色器派上用場的地方?，F(xiàn)在如果我們著手寫一個(gè)自己的著色器，我們要考慮到，即使只是畫一個(gè)簡單的三角形，我們?nèi)匀幌Ｍ芨嬖VGPU如何去畫這個(gè)三角形，比如頂點(diǎn)位置在哪，這個(gè)三角形的顏色應(yīng)該是什么，應(yīng)該怎么畫等等，特別是當(dāng)我們在一個(gè)更加復(fù)雜的3D場景時(shí)，光照是一個(gè)很典型的需要被考慮的例子，我們需要告訴GPU，我們發(fā)給它的這些數(shù)據(jù)要做什么，這就是著色器的本質(zhì)。

對于大多數(shù)圖形編程來說，要注意兩種類型的著色器，Vertex Shader(頂點(diǎn)著色器)和fragment Shader(片段著色器)，片段著色器在有些地方也叫作Pixel Shader(像素著色器)，這兩種著色器是目前為止最流行的兩種，可能90%的時(shí)間都會(huì)用到，其它還有很多不同類型的著色器，我們暫時(shí)不去考慮那些。

現(xiàn)在我們討論一下頂點(diǎn)著色器和片段著色器，我們粗略地說明圖像渲染管線是如何工作的，我們在CPU上寫了一大堆數(shù)據(jù)，把數(shù)據(jù)發(fā)給GPU，再綁定一些狀態(tài)，就可以發(fā)出一個(gè)調(diào)用，最后就進(jìn)入了著色階段，確切地說，GPU此時(shí)開始處理調(diào)用并在屏幕上繪制一些東西，先是頂點(diǎn)著色器，再到片段著色器，然后就能夠在屏幕上看到圖形，這里頂點(diǎn)著色器做的就是獲取每一個(gè)我們想要渲染的頂點(diǎn)，在這個(gè)例子里，我們有3個(gè)頂點(diǎn)，頂點(diǎn)著色器會(huì)調(diào)用3次，每個(gè)頂點(diǎn)各1次，目的就是告訴OpenGL我們想要那些頂點(diǎn)顯示在顯示器的哪里，或者說在窗口的哪里，總之頂點(diǎn)著色器指定了所有我們寫在緩沖里面的頂點(diǎn)的位置，同時(shí)頂點(diǎn)著色器會(huì)帶著每個(gè)頂點(diǎn)的屬性，所有的這些屬性我們可以在頂點(diǎn)著色器里訪問到，glVertexAttribPointer()函數(shù)的第一個(gè)參數(shù)index與我們定義在頂點(diǎn)著色器里面的index是相符合的，我們可以通過這個(gè)格式訪問頂點(diǎn)屬性，在當(dāng)前的例子，我們的頂點(diǎn)只有位置屬性；下一個(gè)階段就是片段著色器，片段著色器會(huì)為每個(gè)像素運(yùn)行一次光柵化，我們的窗口實(shí)際上是由像素組成的，比如1920?1080的顯示屏，就可以簡單的理解為屏幕上有1920?1080個(gè)像素，畫一個(gè)三角形實(shí)際上就是去充滿一部分像素，這就是光柵化做的事情，片段著色器的基本目的就是決定像素的顏色應(yīng)該是什么；現(xiàn)在我們發(fā)現(xiàn)，頂點(diǎn)著色器調(diào)用3次，片段著色器可能調(diào)用成百上千次，這取決于這個(gè)三角形在我們的屏幕上占用了多大空間，當(dāng)涉及到性能優(yōu)化時(shí)，片段著色器里面的東西往往花銷更大，因?yàn)槠沃魇且o每個(gè)像素運(yùn)行一次的，一個(gè)很好的例子，就是在光照下進(jìn)行計(jì)算時(shí)，每個(gè)像素都會(huì)有一個(gè)顏色值，這個(gè)值由光照、環(huán)境、紋理、材質(zhì)等所有東西共同決定的，而每個(gè)像素都需要由片段著色器去一個(gè)個(gè)計(jì)算清楚，這就是片段著色器需做的事情。有了頂點(diǎn)著色器和片段著色器，我們可以做出90%的圖形程序，目前我們在游戲中看到的所有東西，都可能用這兩個(gè)著色器完成了80%到90%，很多游戲引擎，會(huì)根據(jù)游戲中發(fā)生的事情，根據(jù)我們的設(shè)置，動(dòng)態(tài)的生成著色器，這在游戲引擎中是十分常見的。最后需要提一下的是，著色器在OpenGL中的工作也是基于機(jī)器的狀態(tài)，比如，我們實(shí)現(xiàn)了某個(gè)著色器，當(dāng)我們想要使用這個(gè)著色器時(shí)，我們也會(huì)發(fā)送數(shù)據(jù)到這個(gè)著色器，就像我們在一個(gè)頂點(diǎn)緩沖調(diào)用前從CPU給GPU發(fā)送頂點(diǎn)數(shù)據(jù)一樣。