cocos2D-X源码分析之从cocos2D-X学习OpenGL（2）----QUAD_COMMAND

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上一篇文章介绍了cocos2d-x的基本渲染结构，这篇顺着之前的渲染结构介绍渲染命令QUAD_COMMAND命令的部分，通过这部分的函数，学习opengl处理图片渲染的方法，首先介绍这节需要涉及到的基本概念VAO和VBO。

VAO和VBO：

顶点数组对象（Vertex Array Object  即VAO）是一个包含一个或数个顶点缓冲区对象（Vertex Buffer Object， 即 VBO）的对象，一般存储一个可渲染物体的所有信息。顶点缓冲区对象（VertexBuffer Object VBO）是你显卡内存中的一块高速内存缓冲区，用来存储顶点的所有信息。

这些概念显得很晦涩，简而言之，一般我们绘制一些图形需要将所有顶点的信息存储在一个数组里，但是经常会出现一些点是被重复使用的，这样就会出现一个点的信息的存储空间被重复使用的问题，这样第一会造成存储控件的浪费，第二就是如果我们要修改这个点的信息，需要改多次。所以我们采用索引的方式来描述图形，这样可以用一个数组存储点的信息，另外一个数组存储点的索引，这样所有的点都是不同的，另外把顶点信息存储在显卡的内存中，减少了cpu向gpu传输数据的时间，提高了程序的渲染效率，这就是VBO，在OpenGL3.0中，出现了更进一步的VAO，VBO通过绘制上下文获得绘制状态，VAO可以拥有多个VBO，它记录所有绘制状态，它的代码更简洁，效率更高，在cocos2d-x的绘制中，我们会判断底层是否支持VAO，如果支持VAO，那么优先采用VAO绘制。二者的区别可以从初始化就可以看出来：

void Renderer::setupBuffer()
{
    if(Configuration::getInstance()->supportsShareableVAO())
    {
        //初始化VBO和VAO
        setupVBOAndVAO();
    }
    else
    {
        //不支持VAO，只初始化VBO
        setupVBO();
    }
}
void Renderer::setupVBOAndVAO()
{
    //一个VAO
    glGenVertexArrays(1, &_quadVAO);
    //绑定VAO
    GL::bindVAO(_quadVAO);
    //创建生成两个VBO
    glGenBuffers(2, &_buffersVBO[0]);
    //顶点Buffer
    glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, _buffersVBO[0]);
    glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(_quads[0]) * VBO_SIZE, _quads, GL_DYNAMIC_DRAW);
    //这里就是VAO和VBO的区别，VAO把这些放到初始化中，无论后面绘制多少次，只要他不被改变，这段代码只会被调用一次，而VBO中，这个功能的代码会在每次被绘制时调用，这样就节约了效率
    //位置
    glEnableVertexAttribArray(GLProgram::VERTEX_ATTRIB_POSITION);
    glVertexAttribPointer(GLProgram::VERTEX_ATTRIB_POSITION, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, sizeof(V3F_C4B_T2F), (GLvoid*) offsetof( V3F_C4B_T2F, vertices));
    //颜色
    glEnableVertexAttribArray(GLProgram::VERTEX_ATTRIB_COLOR);
    glVertexAttribPointer(GLProgram::VERTEX_ATTRIB_COLOR, 4, GL_UNSIGNED_BYTE, GL_TRUE, sizeof(V3F_C4B_T2F), (GLvoid*) offsetof( V3F_C4B_T2F, colors));
    //纹理坐标数据
    glEnableVertexAttribArray(GLProgram::VERTEX_ATTRIB_TEX_COORDS);
    glVertexAttribPointer(GLProgram::VERTEX_ATTRIB_TEX_COORDS, 2, GL_FLOAT, GL_FALSE, sizeof(V3F_C4B_T2F), (GLvoid*) offsetof( V3F_C4B_T2F, texCoords));
    //索引Buffer
    glBindBuffer(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, _buffersVBO[1]);
    glBufferData(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, sizeof(_indices[0]) * VBO_SIZE * 6, _indices, GL_STATIC_DRAW);
    //取消VAO
    GL::bindVAO(0);
    glBindBuffer(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, 0);
    glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, 0);

    CHECK_GL_ERROR_DEBUG();
}
void Renderer::setupVBO()
{
    //创建生成两个VBO
    glGenBuffers(2, &_buffersVBO[0]);
    //调用函数绑定buffer
    mapBuffers();
}
void Renderer::mapBuffers()
{
    //GL_ARRAY_BUFFER 表示顶点数据
    //GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER 表示索引数据
    //避免改变buffer元素
    GL::bindVAO(0);
    //绑定id 顶点数据
    glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, _buffersVBO[0]);
    //为改id制定一段内存区域
    glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(_quads[0]) * VBO_SIZE, _quads, GL_DYNAMIC_DRAW);
    glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, 0);
    //第二个VBO 索引数据
    glBindBuffer(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, _buffersVBO[1]);
    glBufferData(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, sizeof(_indices[0]) * VBO_SIZE * 6, _indices, GL_STATIC_DRAW);
    glBindBuffer(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, 0);

    CHECK_GL_ERROR_DEBUG();
}

需要介绍的两个关键的函数

glBindBuffer：它绑定缓冲区对象表示选择未来的操作将影响哪个缓冲区对象。如果应用程序有多个缓冲区对象，就需要多次调用glBindBuffer()函数：一次用于初始化缓冲区对象以及它的数据，以后的调用要么选择用于渲染的缓冲区对象，要么对缓冲区对象的数据进行更新。

当传入的第二个参数第一次使用一个非零无符号整数时，创建一个新的缓冲区对象；当第二个参数是之前使用过的，这个缓冲区对象成为活动缓冲区对象；如果第二个参数值为0时，停止使用缓冲区对象

glBufferData：保留空间存储数据，他分配一定大小的（第二个参数）的openGL服务端内存，用于存储顶点数据或索引。这个被绑定的对象之前相关联的数据都会被清除。

glBufferData参数介绍

参数1，目标GL_ARRAY_BUFFER或者GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER

参数2，内存容量

参数3，用于初始化缓冲区对象，可以使一个指针，也可以是空

参数4，如何读写，可以选择如下几种

GL_DYNAMIC_DRAW:多次指定，多次作为绘图和图像指定函数的源数据，缓冲区对象的数据不仅常常需要进行更新，而且使用频率也非常高

GL_STATIC_DRAW:数据只指定一次，多次作为绘图和图像指定函数的源数据，缓冲区对象的数据只指定1次，但是这些数据被使用的频率很高

GL_STREAM_DRAW:数据只指定一次，最多只有几次作为绘图和图像指定函数的源数据，缓冲区对象中的数据常常需要更新，但是在绘图或其他操作中使用这些数据的次数较少

从初始化的代码上，为什么VAO反倒复杂了呢？因为他只是把绘制时需要做的一些事情提前放到初始化函数中，来看一下绘制流程。

    //当前的openGL是否支持VAO
    if (Configuration::getInstance()->supportsShareableVAO())
    {
        //绑定顶点数组
        glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, _buffersVBO[0]);
        //向缓冲区申请空间并指定数据传输方式
        glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(_quads[0]) * (_numQuads), nullptr, GL_DYNAMIC_DRAW);
        //提供缓冲区对象包含整个数据集合的更新
        void *buf = glMapBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, GL_WRITE_ONLY);
        memcpy(buf, _quads, sizeof(_quads[0])* (_numQuads));
        //缓冲区对象的更新完成
        glUnmapBuffer(GL_ARRAY_BUFFER);
        //为了禁用缓冲区对象，可以用0作为缓冲区对象的标识符来调用glBindBuffer()函数。这将把OpenGL切换为默认的不使用缓冲区对象的模式。
        glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, 0);
        //Bind VAO
        GL::bindVAO(_quadVAO);
    }
    else
    {
#define kQuadSize sizeof(_quads[0].bl)
        glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, _buffersVBO[0]);
        glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(_quads[0]) * _numQuads , _quads, GL_DYNAMIC_DRAW);
        //激活顶点颜色纹理坐标的属性
        GL::enableVertexAttribs(GL::VERTEX_ATTRIB_FLAG_POS_COLOR_TEX);
        //顶点
        glVertexAttribPointer(GLProgram::VERTEX_ATTRIB_POSITION, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, kQuadSize, (GLvoid*) offsetof(V3F_C4B_T2F, vertices));
        //颜色
        glVertexAttribPointer(GLProgram::VERTEX_ATTRIB_COLOR, 4, GL_UNSIGNED_BYTE, GL_TRUE, kQuadSize, (GLvoid*) offsetof(V3F_C4B_T2F, colors));
        //纹理坐标
        glVertexAttribPointer(GLProgram::VERTEX_ATTRIB_TEX_COORDS, 2, GL_FLOAT, GL_FALSE, kQuadSize, (GLvoid*) offsetof(V3F_C4B_T2F, texCoords));

        glBindBuffer(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, _buffersVBO[1]);
    }

可以看到，这些设置属性的函数放在了绘制函数里，虽然看似是一样的，但是绘制函数会被调用的更频繁，所以把这些函数放到初始化函数中可以大幅提高程序的效率。

这里介绍VAO的两个函数：

glMapBuffer函数返回一个指针，指向与第一个参数相关联的当前绑定缓冲区对象的数据存储。第一个参数与glBufferData的第一个参数一致。第二个参数是GL_READ_ONLY、GL_WRITE_ONLY或GL_READ_WRITE之一，表示可以对数据进行的操作。

glUnmapBuffer表示对当前绑定缓冲区对象的更新已经完成，并且这个缓冲区可以释放。

最后需要调用绘制元素函数，绘制这些信息

glDrawElements(GL_TRIANGLES, (GLsizei) quadsToDraw*6, GL_UNSIGNED_SHORT, (GLvoid*) (startQuad*6*sizeof(_indices[0])) );

它根据索引绘图(注意：顶点数据和索引各自使用不同的缓冲区)

需要注意的是在Renderer的析构函数中要调用glDeleteBuffers来释放它的资源，并使它的标识可以其他缓冲区对象使用。

上一篇中介绍的几种渲染命令中的QUAD_COMMAND（这里把它称作四边形绘制）命令回调用drawBatchedQuads调用绘制函数，处理这个逻辑的命令是这样的:

if(commandType == RenderCommand::Type::QUAD_COMMAND)
{
    auto cmd = static_cast<QuadCommand*>(command);
    CCASSERT(nullptr!= cmd, "Illegal command for RenderCommand Taged as QUAD_COMMAND");

    //如果Quad数据量超过VBO的大小，那么调用绘制，将缓存的命令全部绘制
    if(_numQuads + cmd->getQuadCount() > VBO_SIZE)
    {
        CCASSERT(cmd->getQuadCount()>= 0 && cmd->getQuadCount() < VBO_SIZE, "VBO is not big enough for quad data, please break the quad data down or use customized render command");
        drawBatchedQuads();
    }
    //将命令缓存起来，先不调用绘制
    _batchedQuadCommands.push_back(cmd);
    memcpy(_quads + _numQuads, cmd->getQuads(), sizeof(V3F_C4B_T2F_Quad) * cmd->getQuadCount());
    //转换成世界坐标
    convertToWorldCoordinates(_quads + _numQuads, cmd->getQuadCount(), cmd->getModelView());
    //记录下四边形数量
    _numQuads += cmd->getQuadCount();
}


void Renderer::flush()
{
    //绘制
    drawBatchedQuads();
    //清空
    _lastMaterialID = 0;
}

这个处理主要是把命令存入_batchedQuadCommands中，如果如果Quad数据量超过VBO的大小，那么调用绘制，将缓存的命令全部绘制

如果一直没有超过VBO的大小，drawBatchedQuads绘制函数将在flush被调用时调用

如有错误，欢迎指出

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cocos2D-X源码分析之从cocos2D-X学习OpenGL（2）----QUAD_COMMAND

时间： 2024-10-05 02:12:00

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