Vertex Buffer Object

Posted at 09月 6, 2009

关于GL_ARB_vertex_buffer_object扩展<转>


　　GL_ARB_vertex_buffer_object，一般简称为VBO，这是OpenGL里的一个千呼万唤始出来的扩展，它可以根据实际情况决定把顶点数据放到显存、AGP内存或系统内存中。

　　没有这个扩展的时候，偶们用vertex array时，用glVertexPointer / glNormalPointer 来指定顶点数据，这时顶点数据是放在系统内存中的，每次渲染时，都要把数据从系统内存拷贝到显存，消耗不少时间。

　　实际上很多拷贝都是不必要的，比如静态对象的顶点数据是不变的，如果能把它们放到显存里面，那么每次渲染时都不需要拷贝操作，可以节约不少时间。

　　另外现在的显卡大多数是AGP的，系统会在系统内存中开辟一块区域作为AGP内存，显卡可以通过DMA来直接访问AGP内存，把数据传到显卡，速度很快，并且在传数据时不需要CPU干涉，显卡可以和CPU并行运算。我们可以把一些动态对象的顶点数据放在AGP内存中，更新对象顶点数据后能利用AGP的快速传输能力，把数据传到显卡，这样比从系统内存传到显存要快。

　　GL_ARB_vertex_buffer_object的使用很简单，和纹理的用法有点相近，下面几个函数和纹理的函数很相近： 　　值得注意的是glBufferDataARB的最后一个参数usage，它有如下取值：

glBindBufferARB
glDeleteBuffersARB
glGenBuffersARB
glIsBufferARB
glBufferDataARB
glBufferSubDataARB
glGetBufferSubDataARB

GL_STREAM_DRAW_ARB
GL_STREAM_READ_ARB
GL_STREAM_COPY_ARB
GL_STATIC_DRAW_ARB
GL_STATIC_READ_ARB
GL_STATIC_COPY_ARB
GL_DYNAMIC_DRAW_ARB
GL_DYNAMIC_READ_ARB
GL_DYNAMIC_COPY_ARB

其中：

STREAM表示只赋一次值，只用一次或很少的几次，这部种数据很可能放在系统内存中

STATIC表示只赋一次值，重复使用很多次，这种数据很可能放在显存中

DYNAMIC表示多次赋值，重复使用，这种数据很可能放在AGP内存中

DRAW 表示赋给buffer object的数据来自用户程序，buffer object作为绘制函数的数据源

COPY 表示赋给buffer object的数据来自OpenGL，buffer object作为绘制函数的数据源

READ 表示赋给buffer object的数据来自OpenGL，buffer object作为用户程序的数据源

　　目前只有DRAW有意义。　　驱动程序会以usage为参考，根据多种条件决定是把数据放在显存、AGP内存还是系统内存中。比如如果还有足够的空余显存，usage指定为GL_STATIC_DRAW_ARB时，数据会被放在显存中，而如果空间不够，就会被放到AGP或系统内存中。
　　我们要修改一个buffer object的数据有两种办法，

一种是通过glBufferDataARB/glBufferSubDataARB函数指定数据

另一种是通过glMapBufferARB获得修改数据的指针，通过指针修改数据，修改完成后通过glUnmapBufferARB来提交数据
　　我们来看一个例子，在这个例子里面，index数据是不变的，而顶点和颜色则是动态的：

Vertex arrays using a mapped buffer object for array data and an
unmapped buffer object for indices:

// Create system memory buffer for indices
indexdata = malloc(400);

// Fill system memory buffer with 100 indices
…

// GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER_ARB

// Define arrays (and create buffer object in first pass)
BindBufferARB(ARRAY_BUFFER_ARB, 1);


// vertex array、color array放在一个VBO中
VertexPointer(4, FLOAT, 0, BUFFER_OFFSET(0));
ColorPointer(4, UNSIGNED_BYTE, 0, BUFFER_OFFSET(256));
BindBufferARB(ELEMENT_ARRAY_BUFFER_ARB, 2); // 绑定index

// Enable arrays
EnableClientState(VERTEX_ARRAY);
EnableClientState(COLOR_ARRAY);

// Initialize data store of buffer object
BufferDataARB(ARRAY_BUFFER_ARB, 320, NULL, STREAM_DRAW_ARB);

// Map the buffer object
float *p = MapBufferARB(ARRAY_BUFFER_ARB, WRITE_ONLY);

// 用指针p修改顶点和颜色数据
// Compute and store data in mapped buffer object
…

// Unmap buffer object and draw arrays
if (UnmapBufferARB(ARRAY_BUFFER_ARB)) {
DrawElements(TRIANGLE_STRIP, 100, UNSIGNED_INT,
BUFFER_OFFSET(0));}

// Disable arrays
DisableClientState(VERTEX_ARRAY);
DisableClientState(COLOR_ARRAY);

// Other rendering commands…
}

// Delete buffer objects
int buffers[2] = {1, 2};
DeleteBuffersARB(1, buffers);

演示程序（vbo.zip，40.8KB） 　　程序是针对32M显存的，程序中一个buffer object大概占1M字节，如果是更大的显存，可以把MAX_BUFFER改大。
GL_ARB_vertex_buffer_object扩展规范
　　只要机器支持VBO，就尽量使用它，因为就算使用VBO在有些情况下（比如显存、AGP内存空间不够时，数据放在系统内存中）速度不会提升，也不会比原来的vertex array慢。而一旦数据放在显存、AGP内存中，性能将会得到很大的提升。偶试了下，在填充率不是瓶颈时，使用VBO比不使用VBO的帧数要快一倍。为 index buffer专用
// 其它的vertex\normal\color等应该使用GL_ARRAY_BUFFER_ARB
// Create index buffer object
BindBufferARB(ELEMENT_ARRAY_BUFFER_ARB, 2);// 为buffer object分配空间，并把数据拷贝到新空间。
// 因为index是不变的，所以应该放到显存里面去，这里指定STATIC_DRAW_ARB，可能是显存
BufferDataARB(ELEMENT_ARRAY_BUFFER_ARB, 400, indexdata, STATIC_DRAW_ARB);// Free system memory buffer
// 已经创建了buffer object，并把数据拷贝过去，所以indexdata没必要再存在
free(indexdata);// Frame rendering loop
while (…) {

补充：来自opengl programming guide 6th Edition

利用这项技术，可以将一些固定的数据存放在 opengl 的 server 端（我觉得可以理解为显存），这样就不用在每次调用时将数据从 client 端（可以理解为内存）传到 server 端。 Opengl 被设计为 client-server 的调用模式。在 1.5 以前的版本中，数据一般都存放在 client 端，在需要时才从 client 端拷贝到 server 端。 Buffer objects 是在 1.5 版本中被加入到 opengl 的标准中。

Buffer objects 的创建与纹理对象比较类似 .

首先是调用函数： glGenBuffers (GLsizei n, GLuint* buffers); 该函数的作用是让 opengl 来自动返回 n 个未被使用的 buffer objects 名字，名字是正整数，存放在缓存 buffers 中。 0 是默认的被保留的名字，不会被返回。

然后需要调用函数： glBindBuffer(GLenum target, GLuint buffer) 来激活某个 buffers objects 。和纹理对象类似，该函数也可以做三件事情。当 buffer 对应的名字第一次被绑定时，该函数就会生成一个新的 buffer objects 。如果不是第一次调用，那么就激活名字对应的对象。如果是名字是 0 ，那么就停止使用 buffer objects 。 Target 的取值可以是下面的某个：

GL_ARRAY_BUFFER, GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, GL_PIXEL_PACK_BUFFER, GL_PIXEL_UNPACK_BUFFER 。

接着就要调用函数： glBufferData(GLenum target, GLsizeipter size, const GLvoid* data, GLenum usage) 来存储数据。 Target 指定 buffer object 对应的目标，取值和上面一致。 Size 是在 server 端分配的存储空间的大小（一般以 byte 为基准）， data 是 client 端的数据指针，如果为 NULL ，那么就不进行初始化，后续动态的进行更新。 Usage 表示该存储块如何被使用和更新。

Buffer objet 的更新方法：

1 、调用函数： glBufferSubData(GLenum target, GLintpter offset, GLsizeipter size, const void* data) 。该函数用 data[offset-1] - data[offset+size-1] 这段数据来对绑定到 target 上的 buffer object 进行更新。

2 、调用函数： GLvoid* glMapBuffer(GLenum target, GLenum access) 。该函数可以返回一个指针，指针和 target 的数据块对应，对指针对应的地址进行操作就可以修改 target 数据，进而修改绑定到 target 的 buffer object 。这种方法更加的灵活。

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