【Opengl概念】VBO和VAO到底是个啥关系？

一、前言

   对于Opengl中的VBO和VAO相信很多人都熟悉这2个名字，但是有时候缺容易混淆2个概念或者说不理解这2个概念的作用是什么。本文对这2个概念做了对比和参照。

二、VAO和VBO的关系

2.1 什么是VAO、VBO

   对于VBO我们首先应该立刻明白，它就是命令GPU生成一个Buffer，并且通过VBO这个标识符号访问操作。那么VAO呢？VAO是个虚的标识符号，在传唤VAO时候，VAO旗下的所有VBO都被执行。
   这里打个浅显的比方：VAO表示一个文件夹，VBO是这个文件夹下的具体文件。当我们用：

COPY VAO sss； 

   将VAO和其中内容全部拷贝到sss下面，因此，VAO下面的VBO自然也不例外了。手册上说VAO是管理VBO的，这样说有点过头，其实VOA从来没有管理过VBO，只是简单标注一下而已。

2.2 如何将多个VBO投入到同一个VAO名下

   这个问题很简单，我们将用一个实际小例子回答：
step1：创建一个VAO

unsigned int VAO;
glGenVertexArrays(1, &VAO);

   此步骤告诉GPU。已经有一个VAO试图对应某些缓存。

step2：打开一个VAO

glBindVertexArray(VAO);

   此处打开一个VAO，好比操作系统打开一个空文件夹。有待于建立文件。下面操作均在VOA名下完成。
step3：在一个VAO下挂载多个VBO
   1）建立一个VBO1

unsigned int VBO1;
glGenBuffers(1, &VBO1);
glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, VBO1);   此处打开一个VBO1，后面操作均在VBO1之下
... some operation... 

   以上对VBO1进行操作，操作后关闭此VBO1：

glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, 0); 解绑上文的VBO1

   2）再建立一个VBO2

unsigned int VBO2;
glGenBuffers(1, &VBO2);
glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, VBO2);   此处打开一个VBO2，后面操作均在VBO1之下
... some operation... 

基本上按照上面操作，这里不再赘述；值得强调的是，这里统统在VAO打开的前提操作，因此自然全挂在VAO名分之下。
   3）VAO解绑

glBindVertexArray(0);

此处关闭VAO状态，以后的VBO建立自然不在VAO名下。
step4：以后使用VAO
很简单，只要：

glBindVertexArray(VAO);
下面可以使用VBO1和VBO2了

三、使用VBO注意点

3.1 什么是VBO

   VBO全名顶点缓冲对象（Vertex Buffer Object）,他主要的作用就是可以一次性的发送一大批顶点数据到显卡上，而不是每个顶点发送一次。我们知道CPU传送数据给GPU其实是比较耗费时间的，所以尽可能的一次性把需要的顶点数据全部传给GPU，这样顶点着色器几乎能立即访问到顶点，有助于加快顶点着色器效率。

3.2 如何创建VBO

   就目前所有游戏引擎来说VBO的机制已经是基础了，我们看下VBO在Opengl中是如何创建的。
   首先，我们需要在Opengl生成一个缓冲类型的ID。

unsigned int VBO;
glGenBuffers(1, &VBO);

   这里我们创建了一个缓冲的ID，当然了你也可以通过数组来批量创建一系列的VBO的ID，

unsigned int VBO[3];
glGenBuffers(3,VBO);

   注意：这个时候GPU并不产生缓存。相当于定义了一个空指针。
   接下来，我们要将这个ID绑定给指定类型来告诉Opengl这个缓冲是什么类型的，此操作相当于对buffer的数据属性进行指定；

glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, VBO);

   这里我们将VBO赋予了GL_ARRAY_BUFFER的类型，告诉Opengl这个VBO变量是一个顶点缓冲对象。
   注意1，这里是顶点类型的缓存，也可能是其它的缓存。
   注意2，从这一刻起，我们使用的任何（在GL_ARRAY_BUFFER目标上的）缓冲操作都会用来配置当前绑定的缓冲(VBO)

至此对于VBO的声明就结束了，其实也是蛮简单的，我们回顾下：
1）生成一个缓冲类型的ID；
2）指定ID的缓冲类型为GL_ARRAY_BUFFER；

3.3 VBO可能绑定的目标

   上文谈到 *glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, VBO);*绑定了VBO
到GL_ARRAY_BUFFER类型缓存。其实可以绑定的缓存有很多种，下表列出：

3.4 给VBO灌入数据

   接下来我们看下，如何给VBO赋值，我们假定有如下三角形的顶点数据，此数据在CPU一侧，待灌入VOB：

float vertices[] = { 	                             // 位置              // 颜色0.5f, -0.5f, 0.0f,  1.0f, 0.0f, 0.0f,   // 右下-0.5f, -0.5f, 0.0f,  0.0f, 1.0f, 0.0f,   // 左下0.0f,  0.5f, 0.0f,  0.0f, 0.0f, 1.0f    // 顶部};

   Opengl通过glBufferData接口来复制顶点数据到缓冲中供Opengl使用，对于上面的三角形顶点数据，代码就可能是这样的：

glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(vertices), vertices, GL_STATIC_DRAW);

   第一个参数表示目标的缓冲类型，这里指当前绑定到GL_ARRAY_BUFFER上的顶点缓冲对象，第二个参数表示数据大小（字节为单位），第三个参数表示我们实际发出的数据。第四个参数GL_STATIC_DRAW表示Opengl如何处理上传的数据，Opengl中一共有三种类型：

GL_STATIC_DRAW ：数据不会或几乎不会改变。
GL_DYNAMIC_DRAW：数据会被改变很多。
GL_STREAM_DRAW ：数据每次绘制时都会改变。

   到这一步，我们的数据就已经上传到GPU上去了。一个VBO过程也就结束了。

3.5 给VBO数据定义指针

   那这里引申出一个问题，我们看到vertices中有注释，表明这个数组里面有两种数据，一种是顶点坐标，一种是顶点颜色，那都放在一个float的数组中，Opengl如何来区分他们呢？这里就要用到glVertexAttribPointer这个接口了，该接口就是帮助Opengl解释如何处理数据的。我们来看下对于vertices的数据处理的代码：

	// 位置属性
glVertexAttribPointer(0, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 6 * sizeof(float), (void*)0);
glEnableVertexAttribArray(0);
// 颜色属性
glVertexAttribPointer(1, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 6 * sizeof(float), (void*)(3 * sizeof(float)));
glEnableVertexAttribArray(1);

   我们分析下这段代码，首先我们来解释下glVertexAttribPointer的各个参数的意义。

   第一个参数表示我们希望数据中哪部分数据放在对应的Location位置上，这个可能主要体现在shader部分，我们看下顶点着色器的代码：

#version 330 core
layout (location = 0) in vec3 aPos;
layout (location = 1) in vec3 aColor;

   我们根据变量名大致能猜出来location为0的是顶点坐标，location为1的是颜色值，这里的location就是对应了上面代码种glVertexAttribPointer第一个参数，location没有准确的位置定义，并没有说location为0的一定要是顶点坐标属性，也可以是颜色或者uv坐标属性，只是常规来说，我们习惯将坐标放在第一个位置。

   glVertexAttribPointer第二个参数表示属性大小，坐标和颜色的大小都是3，所以这里填3；
   第三个参数表示数据类型；
   第四个参数表示我们是否希望数据标准化。如果我们设置为GL_TRUE，所有数据都会被映射到0（对于有符号型signed数据是-1）到1之间。我们把它设置为GL_FALSE；
   第五个参数表示步长，数据之间的间隔，我们这里不管坐标还是颜色都是3个分量，所以坐标和坐标数据之间隔了6个float字节，颜色和颜色之间隔了6个float字节；
   第六个参数表示偏移量，即在一段数据中，指定的数据偏移多少位置开始。在这里，坐标数据都是每段数据的起始位置，所以偏移量是0，而颜色数据在坐标数据之后，坐标数据有3个分量，所以每个颜色数据偏移三个float字节开始算；
   每次设定好一个location的值之后，记得要开启对应的位置数据glEnableVertexAttribArray，因为Opengl默认是全关闭的。
   经过glVertexAttribPointer执行之后，shader中对应layout的位置数据就有对应的值了。

四、关于VAO下操作事项