OpenGL ES on iOS --- 统一变量(Uniform)和统一变量块(UBO)

简介

Uniform是一种从CPU中的应用向GPU中的着色器发送数据的方式，但uniform和顶点属性有些不同。

首先，uniform是全局的(Global)。全局意味着uniform变量必须在每个着色器程序对象中都是独一无二的，而且它可以被着色器程序的任意着色器在任意阶段访问。
第二，无论你把uniform值设置成什么，uniform会一直保存它们的数据，直到它们被重置或更新。

单独统一变量

声明

uniform vec3 color

赋值

//获取指定统一变量的location
int vertexColorLocation = glGetUniformLocation(_program, "test");

//为vec3 的统一变量 赋值
glUniform3f(vertexColorLocation, 0.0f, 1.0f, 0.0f);

赋值函数是根据 统一变量类型的不同而调整的.其中函数名中包含数字（1、2、3、4）表示接受这个数字个用于更改uniform变量的值，i表示32位整形，f表示32位浮点型，ub表示8位无符号byte，ui表示32位无符号整形，v表示接受相应的指针类型(或者就是传入的是数组)。

glUniform1f(GLint locaation,GLFloat x) 表示 float类型
glUniform2f(GLint locaation,GLFloat x,GLFloat y) 表示 二位向量 分量类型为float
glUniform1fv(GLint locaation,GLSize count,const GLfloat* value) float类型指针
glUniformMatrix4x3(Glint location,GLsizei count,GLboolean transpose,const GLfloat* value) 表示为 4x3矩阵. 参数: transpose 表示是否采用 行优先顺序(GL_TRUE)

UBO

UBO(Uniform Buffer Object)是用来存储着色语言中Uniform类型变量的缓冲区对象，使用UBO可以让uniform变量在不同的着色语言程序中实现共用，也可以在着色语言程序中实现uniform类型变量的设置与更新。

提到UBO就必须要提到着色语言GLSL中的Uniform Blocks，它将众多的Uniform类型的变量集中在一起进行统一的管理，对于需要大量Uniform类型变量的程序可以显著地提高性能。(有点像全局版的VBO)

原理

原理示意图.png

在显存中创建缓存对象(Buffer),在buffer中存储统一变量数据, 将Buffer与 指定的point绑定, 将统一变量缓冲区的索引 和 point绑定. 这样通过point 将变量 和 缓存 连接.

设置UBO

//统一变量块
layout (std140) uniform colorBlock{
    vec4 cc;
};

        GLuint blockid,bufferid;
        GLint blocksize;
        GLint point = 1;

        // 统一变量数据
        GLfloat blockData[] = {
            1.0f,1.0f,1.0f,1.0f
        };

        //获取统一变量块索引
        blockid = glGetUniformBlockIndex(_program, "colorBlock");

        //获取统一变量块大小
        glGetActiveUniformBlockiv(_program, blockid, GL_UNIFORM_BLOCK_DATA_SIZE, &blocksize);

        //将变量索引 和 point 绑定
        glUniformBlockBinding(_program, blockid, point);

        //创建与绑定缓冲区
        glGenBuffers(1, &bufferid);
        glBindBuffer(GL_UNIFORM_BUFFER, bufferid);

        //向缓冲区中赋值
        glBufferData(GL_UNIFORM_BUFFER, blocksize, blockData, GL_DYNAMIC_DRAW);

        //将UBO 和 point 绑定
        glBindBufferBase(GL_UNIFORM_BUFFER, point, bufferid);

修改UBO

        GLfloat uploadData[] = {
            0.0f,0.0f,1.0f,1.0f
        };

        // 绑定当然统一变量块的 buffer
        glBindBuffer(GL_UNIFORM_BUFFER, bufferid);

        //获取统一变量块 中 指定变量的 偏移量
        const GLchar *names[] = {"cc"};
        GLuint indices[1];
        glGetUniformIndices(_program, 1, names, indices);
        GLint offset[1];
        glGetActiveUniformsiv(_program, 1, indices, GL_UNIFORM_OFFSET, offset);
        glBufferSubData(GL_UNIFORM_BUFFER, offset[0], blocksize, uploadData);

函数补充

1, glGetUniformIndices (GLuint program, GLsizei uniformCount, const GLchar* const *uniformNames, GLuint* uniformIndices)
该函数用于获取统一变量块中 变量们的索引 参数:

program 程序对象
uniformCount 变量名称数组的元素数量
uniformNames 变量名称数组
uniformIndices 用于接受变量索引的数组

2,glGetActiveUniformsiv (GLuint program, GLsizei uniformCount, const GLuint* uniformIndices, GLenum pname, GLint* params)
该函数用于 通过变量索引 查询变量信息. 参数:

program 程序对象
uniformCount 变量数量
uniformIndices 变量索引数组
pname 表示要查询变量的那个属性 GL_UNIFORM_OFFSET(变量偏移量) GL_UNIFORM_SIZE(变量大小) GL_UNIFORM_NAME_LENGTH(变量名长度) GL_UNIFORM_TYPE(变量类型)....
params 接受查询结果的数组

注意

着色语言编译优化

如果你声明了一个uniform却在GLSL代码中没用过，编译器会静默移除这个变量，导致最后编译出的版本中并不会包含它.

UBO限定符

在UBO中,针对不同的限定符 还存在不同的字节补齐的情况.所以获取偏移量,大小最好还是通过查询进行,避免自己计算出现错误.

这是 std140(标准统一变量块布局)限定符的内存分配情况:

std140布局.png