OpenGL学习06_顶点数组VertexArray

来源：互联网发布：淘宝藏族舞蹈头饰编辑：程序博客网时间：2024/06/09 00:08

什么是顶点数组?

OpenGL提供了一些顶点数组函数，允许只用少数几个数组指定大量的与顶点相关的数据，并用少量函数调用（与顶点数组的数量相仿）访问这些数据。使用顶点数组函数，一个拥有20条边的多边形的20个顶点可以放在1个数组中，并且只通过1个函数进行调用。如果每个顶点还有一条法线向量，所有20条法线向量可以放在另一个数组中，也可以只通过1个函数进行调用。把数据放在顶点数组中可以提高应用程序的性能。使用顶点数组可以减少函数调用的次数，从而提高性能。另外，使用顶点数组还可以避免共享顶点的冗余处理。

使用顶点数组对几何图形进行渲染需要3个步骤：

1) 激活（启用）最多可达8个数组，每个数组用于存储不同类型的数据：顶点坐标、表面法线、RGBA颜色、辅助颜色、颜色索引、雾坐标、纹理坐标以及多边形的边界标志。

[cpp] view plain copy
void glEnableClientState(GLenum array)  

指定了需要启用的数组。array参数可以使用下面这些符号常量：
GL_VERTEX_ARRAY、GL_COLOR_ARRAY、GL_SECONDARY_COLOR_ARRAY、GL_INDEX_ARRAY、GL_NORMAL_ARRAY、GL_FOG_COORDINATE_ARRAY、GL_TEXTURE_COORD_ ARRAY和GL_EDGE_FLAG_ARRAY。
开启和关闭顶点数组的用法如下：

[cpp] view plain copy
//启用顶点数组  
glEnableClientState(GL_VERTEX_ARRAY);  
//关闭顶点数组  
glDisableClientState(GL_VERTEX_ARRAY);  

2) 把数据放入数组中。这些数组是通过它们的内存位置的地址（即指针）进行访问的。在客户端-服务器模型中，这些数组存储在客户机的地址空间中，除非选择使用缓冲区对象，这时候，数组存储在服务器内存中。

可以通过一种简单的方法，用一条命令指定客户空间中的一个数组。共有8个不同的函数可以用来指定数组，每个函数用于指定一个不同类型的数组。另外，还有一个函数可以一次指定客户空间中的几个数组，它们均来源于一个混合数组。

[cpp] view plain copy
void glVertexPointer(GLint size, GLenum type, GLsizei stride, const GLvoid *pointer);  

指定了需要访问的空间坐标数据。pointer是数组包含的第一个顶点的第一个坐标的内存地址。type指定了数组中每个坐标的数据类型（GL_SHORT、GL_INT、GL_FLOAT或GL_DOUBLE）。size是每个顶点的坐标数量，它必须是2、3或4。stride是连续顶点之间的字节偏移量。如果stride是0，数组中的顶点便是紧密相邻的。
为了访问其他几个数组，可以使用下面这些类似的函数：

[cpp] view plain copy
void glColorPointer(GLint size, GLenum type, GLsizei stride, const GLvoid *pointer);  
void glSecondaryColorPointer(GLint size, GLenum type, GLsizei stride, const GLvoid *pointer);  
void glIndexPointer(GLenum type, GLsizei stride, const GLvoid *pointer);  
void glNormalPointer(GLenum type, GLsizei stride, const GLvoid *pointer);  
void glFogCoordPointer(GLenum type, GLsizei stride, const GLvoid *pointer);  
void glTexCoordPointer(GLint size, GLenum type, GLsizei stride, const GLvoid *pointer);  
void glEdgeFlagPointer(GLsizei stride, const GLvoid *pointer);  

3) 用这些数据绘制几何图形。OpenGL通过指针从所有的被激活数组中获取数据。在客户端-服务器模型中，数据被传输到服务器的地址空间中。有3种方式可以完成这个任务：
• 访问单独的数组元素（随机存取）。
• 创建一个单独数组元素的列表（系统存取）。
• 线性地处理数组元素。

在顶点数组的内容被解引用（即提取指针所指向的数据）之前，数组一直保存在客户端，它们的内容很容易进行修改。在步骤3中，数组中的数据被提取，接着发送到服务器，然后发送到图形处理管线进行渲染。可以从单个数组元素（索引位置）提取数据，也可以从一个有序的数组元素列表（可能被限制为整个顶点数组数据的一个子集）中提取数据，或者从一个数组元素序列中提取数据。

解引用单个数组元素

[cpp] view plain copy
void glArrayElement(GLint ith)  

获取当前所有已启用数组的一个顶点（第ith个）的数据。对于顶点坐标数组，对应的函数是glVertex[size][type]v()，其中size是[2, 3, 4]之一。type是[s, i, f, d]之一，分别表示GLshort、GLint、GLfloat和GLdouble。size和type都是由glVertexPointer()函数定义的。对于其他启用的数组，glArrayElement()分别调用glEdgeFlagv()、glTexCoord[size][type]v()、glColor[size][type]v()、glSecondaryColor3[type]v()、glInde[type]v()、glNormal3[type]v()和glFogCoord[type]v()。如果启用了顶点坐标数组，在其他几个数组（如果启用）相对应的函数（与数组值相对应，最多可达7个）被执行之后，glVertex*v()函数在最后执行。
glArrayElement()通常是在glBegin()和glEnd()之间调用。否则，glArrayElement()函数就会设置所有启用的数组的当前状态（顶点除外，因为它不存在当前状态）

解引用数组元素的一个列表

[cpp] view plain copy
void glDrawElements(GLenum mode,GLsizei count,GLenum type,void *indices);  

mode（图元的类型）、count（元素的数量）、type（数据类型）和indices（顶点数据的数组位置）。glDrawRangeElements()引入了两个新参数：start和end，它们指定了indices可以接受的值的范围。indices数组中的值必须位于start和end之间才是合法的（包含start和end）。

调用glDrawArrays()函数的效果差不多相当于下面这段代码：

[cpp] view plain copy
glBegin (mode);  
for (i = 0; i < count; i++)  
    glArrayElement(first + i);  
glEnd();  

和glDrawElements()相似，glDrawArrays()也会对它的参数值执行错误检查，如果对应的数组被启用，它会导致当前的RGB颜色、辅助颜色、颜色索引、法线坐标、雾坐标、纹理坐标和边界标志处于不确定状态。

解引用一个数组元素序列

glArrayElements()、glDrawElements()和glDrawRangeElements()能够对数据数组进行随机存取，但是glDrawArrays()只能按顺序访问它们。

[cpp] view plain copy
void glDrawArrays(GLenum mode, GLint first, GLsizei count);  

创建一个几何图元序列，使用每个被启用的数组中从first开始，到first + count-1结束的数组元素。mode指定了创建的图元类型，它的值和glBegin()函数所接受的参数值相同。例如：GL_POLYGON、GL_LINE_LOOP、GL_LINES和GL_POINTS等。
调用glDrawArrays()函数的效果差不多相当于下面这段代码：

[cpp] view plain copy
glBegin (mode);  
for (i = 0; i < count; i++)  
    glArrayElement(first + i);  
glEnd();  

一个小例子

[cpp] view plain copy
//  
//  main.cpp  
//  OpenGL_05_VertexArray  
//  
//  Created by apple on 14/12/30.  
//  Copyright (c) 2014年 cc. All rights reserved.  
//  
  
#include <iostream>  
#include <GLUT/GLUT.h>  
  
#define POINTER 1           //使用分别指定坐标和颜色顶点数组方式  
#define INTERLEAVED 2       //使用混合指定坐标和颜色顶点数组方式  
  
  
#define DRAWARRAY 1         //使用DrawArray方式  
#define ARRAYELEMENT  2     //使用ArrayElement方式  
#define DRAWELEMENTS 3      //使用DrawElement方式  
  
//当前设置的模式  
int setupMethod = POINTER;  
int derefMethod = DRAWARRAY;  
  
/** 
 *  设置顶点坐标数组和顶点颜色数组(分别指定) 
 */  
void setupPointers() {  
      
    //顶点坐标数组  
    static GLint vertices[] = {25, 25,  
        100, 325,  
        175, 25,  
        175, 325,  
        250, 25,  
        325, 325  
    };  
      
    //顶点颜色RBG数组  
    static GLfloat colors[] = {1.0, 0.2, 0.2,  
        0.2, 0.2, 1.0,  
        0.8, 1.0, 0.2,  
        0.75, 0.75, 0.75,  
        0.35, 0.35, 0.35,  
        0.5, 0.5, 0.5  
    };  
      
    //启用顶点坐标数组  
    glEnableClientState(GL_VERTEX_ARRAY);  
    //启用顶点颜色数组  
    glEnableClientState(GL_COLOR_ARRAY);  
      
    //指定顶点坐标数据  
    glVertexPointer(2, GL_INT, 0, vertices);  
    //指定顶点颜色数据  
    glColorPointer(3, GL_FLOAT, 0, colors);  
      
}  
  
/** 
 *  设置顶点坐标和顶点颜色数组(混合数组) 
 */  
void setupInterleave() {  
      
    /** 
     *  intertwined[0~2]* n 为顶点坐标 
     *  intertwined[3~5]* n 为顶点颜色 
     */  
    static GLfloat intertwined[] = {  
        1.0, 0.2, 1.0, 100.0, 100.0, 0.0,  
        1.0, 0.2, 0.2, 0.0, 200.0, 0.0,  
        1.0, 1.0, 0.2, 100.0, 300.0, 0.0,  
        0.2, 1.0, 0.2, 200.0, 300.0, 0.0,  
        0.2, 1.0, 1.0, 300.0, 200.0, 0.0,  
        0.2, 0.2, 1.0, 200.0, 100.0, 0.0  
    };  
      
    //指定混合顶点数组  
    glInterleavedArrays (GL_C3F_V3F, 0, intertwined);  
}  
  
/** 
 *  初始化操作 
 */  
void init() {  
    glClearColor(0.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f);  
    //设置着色模式  
    //GL_SMOOTH 制定的两点颜色进行插值，绘制之间的其他点  
    //如果两点的颜色相同，使用两个参数效果相同  
    //如果两点颜色不同，会出现过渡效果  
    glShadeModel(GL_SMOOTH);  
    //设置顶点数组，分别指定颜色和坐标  
    setupPointers();  
}  
  
/** 
 *  展示绘制效果 
 */  
void display() {  
      
    //清理颜色缓冲区  
    glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);  
      
    if (derefMethod == DRAWARRAY) {  
        //从顶点数组中的第一个顶点开始连续取6个顶点，绘制三角形  
        glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, 6);  
    } else if (derefMethod == ARRAYELEMENT) {  
        //取顶点坐标数组中的任意3个点进行绘制三角形  
        glBegin(GL_TRIANGLES);  
        glArrayElement(2);  
        glArrayElement(3);  
        glArrayElement(5);  
        glEnd();  
    } else if (derefMethod == DRAWELEMENTS) {  
        //指定需要绘制的顶点的索引，绘制多边形  
        GLuint indices[4] = {0, 1, 3, 4};  
        glDrawElements(GL_POLYGON, 4, GL_UNSIGNED_INT, indices);  
    }  
      
    glFlush ();  
      
}  
  
/** 
 *  调整窗口尺寸 
 * 
 *  @param width  宽度 
 *  @param height 高度 
 */  
void reshape(int width, int height) {  
    //设置视口矩形区域，在默认情况下，视口被设置为占据打开窗口的整个像素矩形  
    glViewport(0, 0, (GLsizei)width, (GLsizei)height);  
    //对投影矩阵应用随后的矩阵操作  
    glMatrixMode(GL_PROJECTION);  
    //等于是将之前矩阵变换导致变化过的栈顶矩阵重新归位，置为单位矩阵！等于是之前的矩阵变换带来的影响到此为止了！  
    glLoadIdentity();  
    //指定2D裁剪坐标系，naer和far使用默认值-1和1  
    gluOrtho2D(0.0, (GLdouble)width, 0.0, (GLdouble)height);  
}  
  
/** 
 *  键盘事件回调 
 * 
 *  @param key 键位 
 *  @param x   x坐标 
 *  @param y   y坐标 
 */  
void keyboard(unsigned char key, int x, int y) {  
    switch (key) {  
            //ESC  
        case 27:  
            exit(0);  
            break;  
    }  
}  
  
/** 
 *  鼠标事件回调 
 * 
 *  @param button 按钮类型 
 *  @param state  点击状态 
 *  @param x      x坐标 
 *  @param y      y坐标 
 */  
void mouse (int button, int state, int x, int y) {  
    switch (button) {  
        //左键  
        case GLUT_LEFT_BUTTON:  
            if (state == GLUT_DOWN) {  
                //点击左键，(使用颜色和坐标分离的数组方式) 和 (使用混合数组的方式) 切换  
                if (setupMethod == POINTER) {  
                    setupMethod = INTERLEAVED;  
                    setupInterleave();  
                } else if (setupMethod == INTERLEAVED) {  
                    setupMethod = POINTER;  
                    setupPointers();  
                }  
                //重绘  
                glutPostRedisplay();  
            }  
            break;  
        //右键  
        case GLUT_RIGHT_BUTTON:  
            if (state == GLUT_DOWN) {  
                if (derefMethod == DRAWARRAY) {  
                    derefMethod = ARRAYELEMENT;  
                } else if (derefMethod == ARRAYELEMENT) {  
                    derefMethod = DRAWELEMENTS;  
                } else if (derefMethod == DRAWELEMENTS) {  
                    derefMethod = DRAWARRAY;  
                }  
                //重绘  
                glutPostRedisplay();  
            }  
            break;  
        default:  
            break;  
    }  
}  
  
int main(int argc, const char * argv[]) {  
      
    //初始化GLUT库  
    glutInit(&argc, (char**)argv);  
    //设置单缓冲，RGB像素格式的窗口  
    glutInitDisplayMode(GLUT_SINGLE | GLUT_RGB);  
    //设置窗口大小  
    glutInitWindowSize(350, 350);  
    //设置窗口坐标  
    glutInitWindowPosition (100, 100);  
    //创建窗口  
    glutCreateWindow("VertexArray");  
      
    //初始化操作  
    init();  
      
    //设置展示的回调方法  
    glutDisplayFunc(display);  
    glutReshapeFunc(reshape);  
    glutKeyboardFunc(keyboard);  
    glutMouseFunc(mouse);  
  
    //绘制线程开始循环  
    glutMainLoop();  
      
    return 0;  
}  

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