CSharpGL(37)创建和使用VBO的最佳方式

开始

近日在OpenGL红宝书上看到这样的讲解。

其核心意思是,在创建VBO时用

glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, length, NULL, GL_STATIC_DRAW);

来初始化buffer占用的内存(此内存在GPU端),其中的 NULL 表示并未初始化数据(即此buffer中的数据是随机值,类似在C语言中刚刚创建一个数组 int x[]; 的情况)。

这样,就不必在CPU端申请大量内存了。接下来需要初始化buffer数据时,用

     IntPtr pointer = buffer.MapBuffer(MapBufferAccess.WriteOnly);
var array = (vec3*)pointer.ToPointer();
for (int i = ; i < length; i++)
{
array[i] = this.model.positions[i];
}
ptr.UnmapBuffer();

来直接操作GPU上的数据即可。

使用这种方式,省去了CPU端创建大规模非托管数组并上传到GPU的步骤,直接在GPU端创建了buffer,且所需代码更少,可以说是目前我找到的最佳方式。

因此我在CSharpGL中集成并使用了这种方式。

顶点属性buffer

CSharpGL中,用于描述顶点属性数组(Vertex Buffer Object)的类型是 VertexAttributeBufferPtr 。以前,我们可以通过如下的方式创建 VertexAttributeBufferPtr 。

     // 先在CPU端创建非托管数组VertexAttributeBuffer<vec3>对象
using (var buffer = new VertexAttributeBuffer<vec3>(
varNameInShader, VertexAttributeConfig.Vec3, BufferUsage.StaticDraw))
{
buffer.Alloc(this.model.positions.Length);// 在CPU端申请内存
unsafe// 使用指针快速初始化
{
var array = (vec3*)buffer.Header.ToPointer();
for (int i = ; i < this.model.positions.Length; i++)
{
array[i] = this.model.positions[i];
}
}
// 将CPU端的VertexAttributeBuffer<vec3>上传到GPU,获得我们需要的buffer对象。
positionBufferPtr = buffer.GetBufferPtr();
}// using结束,释放VertexAttributeBuffer<vec3>申请的非托管内存。
return positionBufferPtr;

可见,这种方式实际上是按下面的步骤创建VBO的。注意其中的data不是 NULL 。

     uint[] buffers = new uint[];
glGenBuffers(, buffers);
const uint target = OpenGL.GL_ARRAY_BUFFER;
glBindBuffer(target, buffers[]);
glBufferData(target, length, data, usage);
glBindBuffer(target, );

这种方式需要先在CPU端申请一块内存,初始化数据,之后才能上传到GPU端。现在我们用新的方式创建buffer,就不需要在CPU端申请内存了。

下面是创建buffer的方法。

     /// <summary>
/// Creates a <see cref="VertexAttributeBufferPtr"/> object(actually an array) directly in server side(GPU) without initializing its value.
/// </summary>
/// <param name="elementType">element's type of this 'array'.</param>
/// <param name="length">How many elements are there?</param>
/// <param name="config">mapping to vertex shader's 'in' type.</param>
/// <param name="usage"></param>
/// <param name="varNameInVertexShader">mapping to vertex shader's 'in' name.</param>
/// <param name="instanceDivisor"></param>
/// <param name="patchVertexes"></param>
/// <returns></returns>
public static VertexAttributeBufferPtr Create(Type elementType, int length, VertexAttributeConfig config, BufferUsage usage, string varNameInVertexShader, uint instanceDivisor = , int patchVertexes = )
{
if (!elementType.IsValueType) { throw new ArgumentException(string.Format("{0} must be a value type!", elementType)); } int byteLength = Marshal.SizeOf(elementType) * length;
uint[] buffers = new uint[];
glGenBuffers(, buffers);
const uint target = OpenGL.GL_ARRAY_BUFFER;
glBindBuffer(target, buffers[]);
glBufferData(target, byteLength, IntPtr.Zero, (uint)usage);
glBindBuffer(target, ); var bufferPtr = new VertexAttributeBufferPtr(
varNameInVertexShader, buffers[], config, length, byteLength, instanceDivisor, patchVertexes); return bufferPtr;
}

使用这样的方式创建了buffer,之后在初始化数据时,就得用glMapBuffer/glUnmapBuffer了。

     int length = this.model.positions.Length;
// 创建buffer
VertexAttributeBufferPtr buffer = VertexAttributeBufferPtr.Create(typeof(vec3), length, VertexAttributeConfig.Vec3, BufferUsage.StaticDraw, varNameInShader);
unsafe
{
IntPtr pointer = buffer.MapBuffer(MapBufferAccess.WriteOnly);// 获取指针
var array = (vec3*)pointer.ToPointer();// 强制类型转换
// 初始化数据
for (int i = ; i < length; i++)
{
array[i] = this.model.positions[i];
}
buffer.UnmapBuffer();// 完成,上传到GPU端。
}

对比来看,在内存上,新的方式省略了在CPU端申请非托管数组的开销;在代码上,新的方式也省去了对 VertexAttributeBuffer<vec3> 对象的使用( VertexAttributeBuffer<vec3> 类型完全可以不用了)。

索引buffer

OneIndexBufferPtr

对于使用 glDrawElements() 的索引对象,创建索引buffer就与上面雷同了。

     /// <summary>
/// Creates a <see cref="OneIndexBufferPtr"/> object directly in server side(GPU) without initializing its value.
/// </summary>
/// <param name="byteLength"></param>
/// <param name="usage"></param>
/// <param name="mode"></param>
/// <param name="type"></param>
/// <param name="length"></param>
/// <returns></returns>
public static OneIndexBufferPtr Create(int byteLength, BufferUsage usage, DrawMode mode, IndexElementType type, int length)
{
uint[] buffers = new uint[];
glGenBuffers(, buffers);
const uint target = OpenGL.GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER;
glBindBuffer(target, buffers[]);
glBufferData(target, byteLength, IntPtr.Zero, (uint)usage);
glBindBuffer(target, ); var bufferPtr = new OneIndexBufferPtr(
buffers[], mode, type, length, byteLength); return bufferPtr;
}

ZeroIndexBufferPtr

对于使用 glDrawArrays() 的索引,则更简单。

     /// <summary>
/// Creates a <see cref="ZeroIndexBufferPtr"/> object directly in server side(GPU) without initializing its value.
/// </summary>
/// <param name="mode"></param>
/// <param name="firstVertex"></param>
/// <param name="vertexCount"></param>
/// <returns></returns>
public static ZeroIndexBufferPtr Create(DrawMode mode, int firstVertex, int vertexCount)
{
ZeroIndexBufferPtr bufferPtr = new ZeroIndexBufferPtr(
mode, firstVertex, vertexCount); return bufferPtr;
}

使用方法也与上面雷同。

独立buffer

对于AtomicCounterBuffer、PixelPackBuffer、PixelUnpackBuffer、ShaderStorageBuffer、TextureBuffer、UniformBuffer这些,我统称为IndependentBuffer。他们当然也可以用新方法创建和使用。

     /// <summary>
/// Creates a sub-type of <see cref="IndependentBufferPtr"/> object directly in server side(GPU) without initializing its value.
/// </summary>
/// <param name="target"></param>
/// <param name="byteLength"></param>
/// <param name="usage"></param>
/// <param name="length"></param>
/// <returns></returns>
public static IndependentBufferPtr Create(IndependentBufferTarget target, int byteLength, BufferUsage usage, int length)
{
uint bufferTarget = ;
switch (target)
{
case IndependentBufferTarget.AtomicCounterBuffer:
bufferTarget = OpenGL.GL_ATOMIC_COUNTER_BUFFER;
break; case IndependentBufferTarget.PixelPackBuffer:
bufferTarget = OpenGL.GL_PIXEL_PACK_BUFFER;
break; case IndependentBufferTarget.PixelUnpackBuffer:
bufferTarget = OpenGL.GL_PIXEL_UNPACK_BUFFER;
break; case IndependentBufferTarget.ShaderStorageBuffer:
bufferTarget = OpenGL.GL_SHADER_STORAGE_BUFFER;
break; case IndependentBufferTarget.TextureBuffer:
bufferTarget = OpenGL.GL_TEXTURE_BUFFER;
break; case IndependentBufferTarget.UniformBuffer:
bufferTarget = OpenGL.GL_UNIFORM_BUFFER;
break; default:
throw new NotImplementedException();
} uint[] buffers = new uint[];
glGenBuffers(, buffers);
glBindBuffer(bufferTarget, buffers[]);
glBufferData(bufferTarget, byteLength, IntPtr.Zero, (uint)usage);
glBindBuffer(bufferTarget, ); IndependentBufferPtr bufferPtr;
switch (target)
{
case IndependentBufferTarget.AtomicCounterBuffer:
bufferPtr = new AtomicCounterBufferPtr(buffers[], length, byteLength);
break; case IndependentBufferTarget.PixelPackBuffer:
bufferPtr = new PixelPackBufferPtr(buffers[], length, byteLength);
break; case IndependentBufferTarget.PixelUnpackBuffer:
bufferPtr = new PixelUnpackBufferPtr(buffers[], length, byteLength);
break; case IndependentBufferTarget.ShaderStorageBuffer:
bufferPtr = new ShaderStorageBufferPtr(buffers[], length, byteLength);
break; case IndependentBufferTarget.TextureBuffer:
bufferPtr = new TextureBufferPtr(buffers[], length, byteLength);
break; case IndependentBufferTarget.UniformBuffer:
bufferPtr = new UniformBufferPtr(buffers[], length, byteLength);
break; default:
throw new NotImplementedException();
} return bufferPtr;
}

public static IndependentBufferPtr Create(IndependentBufferTarget target, int byteLength, BufferUsage usage, int length)

总结

现在CSharpGL已经有点深度,所以笔记很难写出让人直接就能眼前一亮的感觉了。

目前CSharpGL中已经涵盖了我所知的所有OpenGL知识点。下一步就是精心读书,继续深挖。

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