OpenGL頂點數組

概述

作為在立即模式（glBegin()與glEnd()之間）下指定單個頂點數據的替代，你可以保存頂點數據在一組列表中，包括頂點位置、法線、紋理坐標與顏色信息。並且你可以通過索引數組解引用數組元素繪制選定的幾何圖元。

看看下面的用立即模式繪制立方體的代碼。

glBegin(GL_TRIANGLES);  // draw a cube with 12 triangles
    // 前面 =================
    glVertex3fv(v0);    // v0-v1-v2
    glVertex3fv(v1);
    glVertex3fv(v2);

    glVertex3fv(v2);    // v2-v3-v0
    glVertex3fv(v3);
    glVertex3fv(v0);

    // 右面 =================
    glVertex3fv(v0);    // v0-v3-v4
    glVertex3fv(v3);
    glVertex3fv(v4);

    glVertex3fv(v4);    // v4-v5-v0
    glVertex3fv(v5);
    glVertex3fv(v0);

    // 上面 ===================
    glVertex3fv(v0);    // v0-v5-v6
    glVertex3fv(v5);
    glVertex3fv(v6);

    glVertex3fv(v6);    // v6-v1-v0
    glVertex3fv(v1);
    glVertex3fv(v0);

    ...                 // 繪制其余3面

glEnd();

為構造每個面的2個三角形，需要調用glVertex*()6次。例如，正面分為v0-v1-v2與v2-v3-v0兩個三角形。一個立方體有6個面，因此glVertex*()的調用次數為36。如果你還需為相關頂點指定法線、紋理坐標與顏色，這增加對OpenGL函數的調用。

另一個需要注意的是：頂點“v0”被三個相鄰的面共用：正面、右面與頂面。在立即模式下，你必須提供這個共用點6次，就像代碼中那樣每個面2次。

使用頂點數字會降低函數調用次數及共用頂點的重復使用。因此，可以提供渲染效率。在此，解釋3種不同的使用頂點數組的OpenGL函數：glDrawArrays()、glDrawElements()與glDrawRangeElements()。然而，更好的方法是使用頂點緩存對象（VBO）與顯示列表。

初始化

OpenGL提供glEnableClientState()與glDisableClientState()函數啟用/禁用6中不同類別的數組。此外，有6個函數用於指定數組的精確位置（地址），因此在你的應用程序中OpenGL可以訪問這些數組。

• glVertexPointer()：指定頂點坐標數組指針
• glNormalPointer()：指定法線數組指針
• glColorPointer()：指定RGB顏色數組指針
• glIndexPointer()：指定索引顏色數組指針
• glTexCoordPointer()：指定紋理坐標數組指針
• glEdgeFlagPointer()：指定邊標志數組指針

每個函數都需要不同的參數。可以參考OpenGL API手冊。邊標志用於標記頂點是否在邊界上。因此，如果glPolygonMode()為GL_LINE時，只有邊具有邊標記的那些邊是可見的。

glVertexPointer(GLint size, GLenum type, GLsizei stride, const GLvoid* pointer)

1. size：頂點坐標數量，對於2D點為2,3D點為3。
2. type：GL_FLOAT、GL_SHORT、GL_INT或GL_DOUBLE。
3. stride：連續兩個頂點間的字節偏移量（用於交叉數組）。
4. pointer：頂點數組指針。

glNormalPointer(GLenum type, GLsizei stride, const GLvoid* pointer)

1. type：GL_FLOAT、GL_SHORT、GL_INT或GL_DOUBLE。
2. stride：連續兩個法線間的字節偏移量（用於交叉數組）。
3. pointer：法線數組指針。

注意，頂點數組保存在你的應用程序（系統內存），它在客戶端。且處在服務端的OpenGL訪問它們。這就是為什么擁有頂點數組這些特殊命令的原因，使用glEnableClientState()與glDisableClientState()而不是glEnable()與glDisable()。

glDrawArrays()

glDrawArrays()從開啟的數組中順序讀取頂點數據。由於glDrawArray()不准許在頂點數組中跳躍，你必須為每個面重復指定共用頂點。

glDrawArrays()具有3個參數。第一個參數為圖元類型。第二個參數為數組的其實偏移位置。最后一個參數為傳遞給OpenGL渲染管線的頂點數量。在上面繪制立方體的實例中，第一個參數為GL_TRIANGLES，第二個參數為0，即從數組開始讀取。最后一個參數為36：立方體具有6個面，且每個面需要繪制兩個三角形的6個頂點，6×6=36。

GLfloat vertices[] = {...}; // 36頂點坐標
...
// 啟用並指定頂點數組指針
glEnableClientState(GL_VERTEX_ARRAY);
glVertexPointer(3, GL_FLOAT, 0, vertices);

// 繪制立方體
glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, 36);

// 在繪制之后禁用頂點數組
glDisableClientState(GL_VERTEX_ARRAY);

由於使用glDrawArrays()，你可以用單個glDrawArrays()調用替換36次的glVertex*()調用。然而，我們依舊需要重復指定共用頂點，因此數組中的頂點數量依舊為36個，而不是8個。glDrawElements()是降低數組中頂點數量的方法，因此，它准許向OpenGL傳遞更少的數據。

glDrawElements()

glDrawElements()通過頂點數組相關的隨機數組索引繪制圖元序列。它降低函數調用次數與頂點傳遞數量。此外，OpenGL可以緩存最近處理過的頂點以及重用它們，而不必向頂點變換管線重復發送相同的頂點。

glDrawElements()需要4個參數。第一個參數為圖元類型，第二個為索引數組數量，第三個位索引數組的數據類型，最后一個參數為索引數組地址。在此例中，參數分別為：GL_TRIANGLES、36、GL_UNSIGNED_BYTE與indices。

GLfloat vertices[] = {...};          // 8個頂點坐標
GLubyte indices[] = {0,1,2, 2,3,0,   // 36個索引
                     0,3,4, 4,5,0,
                     0,5,6, 6,1,0,
                     1,6,7, 7,2,1,
                     7,4,3, 3,2,7,
                     4,7,6, 6,5,4};
...
// 啟用並指定頂點數組指針
glEnableClientState(GL_VERTEX_ARRAY);
glVertexPointer(3, GL_FLOAT, 0, vertices);

// 繪制立方體
glDrawElements(GL_TRIANGLES, 36, GL_UNSIGNED_BYTE, indices);

// 繪制之后禁用頂點數組
glDisableClientState(GL_VERTEX_ARRAY);

現在，頂點數組的大小為8，這就是立方體的頂點數量，而沒有任何重復。

注意，索引數組的數據類型為GLubyte，而不是GLuint或GLushort。為了降低索引數組的大小，它應該是能夠容納索引數量的最小數據類型，否則，由於索引數組過大能夠引起性能下降。因為頂點數組包含8個頂點，GLubyte足夠容納所有索引值。

另一個需要考慮的問題是共用頂點上的法向量。如果共用頂點的相鄰多邊形的法線各不相同，則法向量需要同面的數量一樣多，每個面一個法向量。

例如，頂點v0為正面、右面與頂面所共用，不過法線並不能共用。正面的法線為n0，右面的法線為n1，頂面的法線為n2。對於這種情況，法線並不與共用頂點相同，頂點就不能夠僅在頂點數組中指定一次。為了匹配法向數組中元素的數量，頂點數組中必須多次指定該頂點坐標。具有法線的典型立方體需要24個單一頂點：6個面×每面4個頂點。參考示例代碼中的實際實現。

glDrawRangeElements()

與glDrawElements()類似，glDrawRangeElements()也適用於隨機訪問頂點數組。不過glDrawRangeElements()有額外的2個參數（start與end索引）以指定需要讀取的頂點范圍。通過增加該范圍限定，OpenGL能夠在渲染之前僅獲取限定數量的頂點數組，且能夠提高性能。

glDrawRangeElements()中新增的參數為start與end索引，OpenGL從這些值（end-start+1）中獲取限定數量的頂點。並且索引數組中的值必須位於start與end索引之間。注意，並不是范圍(start,end)之間的所有頂點都會被接引用。然而，如果你指定一個稀疏使用范圍，會引起不必要的對數組中未使用的那些頂點的處理。

GLfloat vertices[] = {...};          // 8個頂點坐標
GLubyte indices[] = {0,1,2, 2,3,0,   // 第一部分(18個索引)
                     0,3,4, 4,5,0,
                     0,5,6, 6,1,0,

                     1,6,7, 7,2,1,   // 第二部分(18個索引)
                     7,4,3, 3,2,7,
                     4,7,6, 6,5,4};
...
// 開啟並指定頂點數組指針
glEnableClientState(GL_VERTEX_ARRAY);
glVertexPointer(3, GL_FLOAT, 0, vertices);

// 繪制第一部分, 范圍為6 - 0 + 1 = 7用到的頂點
glDrawRangeElements(GL_TRIANGLES, 0, 6, 18, GL_UNSIGNED_BYTE, indices);

// 繪制第二部分, 范圍為6 - 0 + 1 = 7用到的頂點
glDrawRangeElements(GL_TRIANGLES, 1, 7, 18, GL_UNSIGNED_BYTE, indices+18);

// 繪制之后禁用頂點數組
glDisableClientState(GL_VERTEX_ARRAY);

你可以通過使用GL_MAX_ELEMENTS_VERTICES與GL_MAX_ELEMENTS_INDICES調用glGetIntegerv()查詢可獲取頂點的最大數量與可引用索引的最大數量。

注意，glDrawRangeElements()在OpenGL 1.2或更高版本有效。

實例

該實例程序以4中不同方式繪制立方體：立即模式、glDrawArrays()、glDrawElements()與glDrawRangeElements()。

• draw1()：以立即模式繪制立方體。
• draw2()：以glDrawArrays()繪制立方體。
• draw3()：以glDrawElements()繪制立方體。
• draw4()：以glDrawRangeElements()繪制立方體。
• draw5()：以glDrawElements()與間隔頂點數組方式繪制立方體。

下載源代碼與二進制文件：vertexArray.zip

為了正確執行該程序，顯卡必須支持OpenGL v1.2或更高。通過glinfo確認你的顯卡驅動是否支持OpenGL v1.2或更高。

 

英文原文：http://www.songho.ca/opengl/gl_vertexarray.html