【OpenGL实践０２】glDrawElements的使用案例

一、说明

我们常用的着色器绘制函数是glDrawArray和glDrawElements，glDrawArray我们已经使用的很熟练，不需要重提，那么glDrawElements就需要重点提示它的用法，本篇就是对这个函数用法详细记载。

二、顶点顺序渲染和选择渲染

在一般的顶点画出，有glDrawArray（）函数，此函数是将VOB的顶点顺序发出就算OK，但是，用glDrawElements不是按照VOB顺序完成，而是将顶点按照index数组进行画出。这种渲染大大增加渲染的灵活性和多样性。
本篇我们将尝试使用这种渲染方法。

2.1 基本方法函数

OpenGL提供的画图函数可以分为两大类：non-indexed draw和indexed draw。下面列举出了几个最常用的画图函数。

//1.基本方法：non-indexed draw

void glDrawArrays( GLenum mode, GLint first, GLsizei count);
//mutidraw + non-indexed draw
void glMultiDrawArrays( GLenum mode, GLint *first, GLsizei *count, GLsizei primcount);
//instance + non-indexed draw
void glDrawArraysInstanced( GLenum mode, GLint first,GLsizei count, GLsizei instancecount);
//indirect + non-indexed draw
void glDrawArraysIndirect(GLenum mode, const void *indirect);

//2.基本方法：indexed draw

void glDrawElements(GLenum mode, GLsizei count, GLenum type, void * indices);
//mutidraw + indexed draw
void glMultiDrawElements( GLenum mode, GLsizei *count, GLenum type, void **indices, GLsizei primcount);
//instance + indexed draw
void glDrawElementsInstanced( GLenum mode, GLsizei count, GLenum type, const void *indices, GLsizei instancecount);
//indirect + indexed draw
void glDrawElementsIndirect(GLenum mode, GLenum type, const void *indirect);

glDrawArrays()和glDrawElements()是最基础的2个画图函数，每调用1次画图函数，CPU和GPU会进行一次数据通信，我们把这个过程叫做drawcall，drawcall是一个非常耗时的操作，为了减少drawcall，提高绘制效率，在上述2个函数的基础上，引入了intancing draw，multiDraw和indirect draw。但是，对于现如今PC端GPU，减少drawcall对于性能提升基本不管用了。

在调用上面的画图函数前，我们需要做一些准备工作，包括3点：

提供顶点数据来源；
提供顶点数据的解析方式；
告诉函数怎样把顶点组装成图元。

2.2.顶点数据管理

画图函数需要的顶点数据来自当前绑定的VAO，VAO提供了画图需要的所有顶点数据。

OpenGL中涉及到管理顶点数据的对象有VAO，VBO，EBO，IBO。这些对象之间的层级关系如下图所示：

【OpenGL实践０２】glDrawElements的使用案例-LMLPHP

2.3 层级关系

VAO处于最高层级，通过【绑定】操作，可以建立起VAO与VBO，EBO，IBO之间的关系；
VBO，EBO，IBO处于第二层级，用于管理顶点数据，VBO负责管理顶点属性数据，EBO负责管理顶点索引数据，IBO负责管理画图指令数据。
第三层级，VBO，EBO，IBO这些对象内部不存放数据，我们需要额外分配内存，把数据存放到这段内存中，并和上述3种对象关联起来。
其中VAO和VBO是必须的；EBO和IBO是可选的，根据我们的需求决定是否创建，调用indexed draw则必须创建EBO，调用indirect draw则必须创建IBO。

三、测试EBO的代码

from OpenGL.GL import shaders
from OpenGL.arrays import vbo
from OpenGL.GL import *
from OpenGL.raw.GL.ARB.vertex_array_object import glGenVertexArrays, \
                                                  glBindVertexArray

import pygame
import numpy as np

def get_index_vetices(N ):
    lst = list(range(100))
    indexs =   np.array([lst], dtype=np.int32)
    return indexs
def get_primery_vetices(N,dim):
    vertex = np.zeros([N, dim], dtype=np.float32)

    for i in vertex:
        for Z in range(dim-1):
            i[Z] = 2*np.random.rand()-1
    return vertex

def main():
    pygame.init()
    screen = pygame.display.set_mode((800,600), pygame.OPENGL|pygame.DOUBLEBUF)
    # Create the VBO
    # vertices = np.array([[0, 1, 0], [-1, -1, 0], [1, -1, 0]], dtype='f')
    vertices = get_primery_vetices(100,3)

    global VBO,EBO
    VBO = glGenBuffers(1)  # 创建缓存
    glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, VBO)
    glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, vertices.nbytes, vertices, GL_STATIC_DRAW)  # 输入数据


    # Create the index buffer object
    indices = np.array([[0, 1, 2],[3,2,5],[13,9,15],[33,14,16],[99,3,2]], dtype=np.int32)
    EBO = glGenBuffers(1 )
    glBindBuffer(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, EBO)
    glBufferData(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, indices.nbytes, indices, GL_STATIC_DRAW) 

    # Now create the shaders
    VERTEX_SHADER = shaders.compileShader("""
      #version 330
    layout(location = 0) in vec4 position;    
    void main()
    {
        gl_Position = position;
    }
    """, GL_VERTEX_SHADER)

    FRAGMENT_SHADER = shaders.compileShader("""
    #version 330
    out vec4 outputColor;
    void main()
    {
        outputColor = vec4(0.0f, 1.0f, 0.0f, 1.0f);
    }
    """, GL_FRAGMENT_SHADER)

    shader = shaders.compileProgram(VERTEX_SHADER, FRAGMENT_SHADER)

    #The draw loop


    glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT|GL_DEPTH_BUFFER_BIT)
    glUseProgram(shader)

    glBindBuffer(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, VBO)
    glBindBuffer(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, EBO)

    glDisable(GL_PROGRAM_POINT_SIZE)
    glPointSize(33.0)
    glEnableVertexAttribArray(0);
    glVertexAttribPointer(0, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 0, None)  # 这里的None不能写为0
    # glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, 6) #This line still works

    # glDrawElements(GL_TRIANGLES, 11, GL_UNSIGNED_INT, indices)  # This line does work too!
    glDrawElements(GL_TRIANGLES, 12, GL_UNSIGNED_INT, None)
        # Show the screen
    pygame.display.flip()

    try:
        while True:
            event = pygame.event.wait()
            if event.type == pygame.QUIT:
                break
            if event.type == pygame.KEYDOWN:
                if event.key == pygame.K_ESCAPE or event.unicode == "q":
                    break
            # pygame.display.flip()
    finally:
        pygame.quit()

main()

结果
【OpenGL实践０２】glDrawElements的使用案例-LMLPHP

四、总结

EBO使用方法：

1 创建并绑定索引

   # Create the index buffer object
    indices = np.array([[0, 1, 2],[3,2,5],[13,9,15],[33,14,16],[99,3,2]], dtype=np.int32)
    EBO = glGenBuffers(1 )
    glBindBuffer(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, EBO)
    glBufferData(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, indices.nbytes, indices, GL_STATIC_DRAW)

2 在glutDisplayFunc回调函数中

 glBindBuffer(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER,EBO);
glDrawElements(GL_TRIANGLES, 12, GL_UNSIGNED_INT, 0); 
# 调用绘制点的索引

五、后记

还有一些其它的函数，我们将在后文中逐渐实现。

无水先生