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OpenGL Vertex Buffer Objects(VBOs)
Vertex Buffer Objects(VBOs)是一组保存在显存中的数据，这些数据可以是顶点，顶点颜色，顶点法线，顶点索引或贴图坐标等等。由于这些数据都是保存在显存中的，而且可以随时修改数据或整块替换数据，这样就极大的提高了显卡的工作效率和渲染的速度。VBO的概念类似于D3D中的顶点缓冲和索引缓冲的概念。这篇文章将通过实际的例子来说明在openGL中如何使用VBOs，并且和使用传统的glVertex()函数定义顶点和使用glCallList()函数进行比较。
现在要渲染一个模型，首先定义该模型的顶点数组。
| struct myVertex { GLfloat x,y,z; // vertex GLfloat nx,ny,nz; // noraml }; |
这里定义了一个结构体数据，包括顶点和法线，它们都是浮点型的，所以该结构体一共占用4*6=24字节的空间。有了顶点结构体后，为了提供顶点间连接的信息，我们还需要定义索引数组。
| myVertex *vertexData; GLuint *indexData; |
这里使用无符号的整型定义了一个定点数组的指针，myVertex *vertexData是用我们定义的顶点结构体定义了一个顶点数据指针。在使用VBO之前，我们先将数据初始化到顶点数组和索引数组中。假设现在顶点数据和索引数组都有数据，现在就可以使用VBO了。使用VBO和使用其他openGL的一些对象差不多，使用前都要先申请和创建。使用VBO也要先创建对象。
| GLuint BufferName[2]; glGenBuffers(2, BufferName); |
为了将顶点数据和索引数据能放到对应的缓存中，这里定义了一个保存两个缓存id的BufferName数组。然后使用glGenBuffers()函数申请2个缓存id。申请到id后立即为要使用的缓存分配空间和初始化。
| glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, BufferName[0]); glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, vertexSize, vertexData, GL_STATIC_DRAW);
glVertexPointer(3, GL_FLOAT,24,0); glNormalPointer(GL_FLOAT, 24, (GLvoid*)12); |
上面的代码中，glBindBuffer表示绑定一个要使用的buffer对象，该函数有2个参数，该函数的原型为
| void glBindBuffer(GLenum target, GLuint buffer);
|
参数target表示buffer的类型，参数buffer表示id。第一个buffer里要保存顶点数据，所以指定为GL_ARRAY_BUFFER为即可。绑定完一个buffer对象后，然后让这个buffer关联到数据上。这里使用函数glBufferData该函数为绑定的buffer指定要放入的数据，它的原型为
| void glBufferData(GLenum target, GLsizeiptr size, const GLvoid* data, GLenumusage); |
同样参数target表示使用的buffer的类型， size的类型是GLsizeiptr，该类型表示一个指向size的一个指针，在使用之前，先要求得放入buffer中数据的大小。
| GLsizeiptr vertexSize = number_of_vertex * sizeof(myVertex); |
可以通过上面的代码简单的求出顶点数据共占用的显存空间。data表示要放到该buffer中的顶点数组的指针，usage表示用法，这里指定为GL_STATIC_DRAW表示该buffer只能修改一次，但可多次读取。
现在已经在顶点缓存中放入了顶点数据，但是显卡是不知道这些数据中哪些是顶点，哪些是法线等等。于是我们还要告诉显卡哪些数据是用来干什么的。同样openGL中提供了glVertexPointer和glNormalPointer分别来管理不同的数据。于是我们看了上面这样的代码。
| glVertexPointer(3, GL_FLOAT,24,0); glNormalPointer(GL_FLOAT, 24, (GLvoid*)12); |
函数glVertexPointer中，第一个参数表示顶点的维数，比如2维，3维或4维。第二个参数表示顶点的类型，第三个参数表示每隔多少字节顶点数据开始重复，最后一个参数表示顶点开始位置的偏移。由于我们顶点每个是24字节，并且连续保存在显存中，于是每隔24字节就开始重复。函数glNormalPointer中，第一个参数表示法线的数据类型，第二参数还是表示每隔多少字节开始重复，最后一个参数表示法线开始位置的偏移量。由于在顶点数据中前12字节是顶点坐标，后12个字节才是法线，于是法线数据开发的偏移量就是12个字节。我们可以通过下面的图清楚的看到这些数据之间的关系。
Fig1 顶点数据在显存中的存储
顶点数据处理完后，接下来就是顶点索引数据了。和顶点数据一样，要使用索引缓存，也要先绑定索引到buffer中。
| glBindBuffer(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, BufferName[1]); glBufferData(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, indexSize, indexData, GL_STATIC_DRAW); |
使用索引缓存的话，在glBindBuffer函数中，target就要选择GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER，然后绑定到第二个buffer。之后同样用函数glBufferData将索引数据放到buffer中。这里的indexSize也是Glsizeiptr类型。
| GLsizeiptr indexSize = number_of_face*3*sizeof(GLuint); |
上面的代码可以求出索引缓存的大小，由于mesh的一个三角形使用3个顶点索引，所以索引缓存的大小是三角形的个数乘以3再乘以索引数据类型所占的字节数。
有了所有这些数据后，最后在渲染的时候，我们就可以使用函数glDrawElements绘制对象了。
| glEnableClientState(GL_VERTEX_ARRAY);
glDrawElements(GL_TRIANGLES, number_of_face*3, GL_UNSIGNED_INT, 0);
glDisableClientState(GL_VERTEX_ARRAY); |
绘制前开开启客户端处理功能。函数glDrawElements中，第一个参数表示索引那种图元来连接。第二个参数表示要渲染多少个这种图元，第三个参数表示索引的数据类型，最后一个参数表示开始索引开始位置的偏移量。
Fig2 渲染的模型
在Fig2中可以看到渲染的一个模型，该模型的顶点数为219483个，三角形数为435667个。要渲染这样一个顶点数有20万，三角形数有40万的模型来说，如果用传统的glVertex函数来设置顶点的话，渲染一帧的画面就要大约调用该函数3*40=120万次，如果要达到30FPS的话，那么每秒要调用函数大约3*40*30 =3600万次，这样多的函数调用次数相当耗时。
Fig3 各种渲染方法帧数对比
现在为了对比进行试验，试验用电脑配置采用Inter Core2 6600处理器，2G内存和NVIDIA GeForce8600GT显卡。 试验的结果可以从Fig3中看到，纵轴表示帧数。 实际试验中发现，使用glVertex函数渲染方法，平均只能达到1FPS，这远远低于实时渲染的要求。为了提高性能，也可以使用Display List，在openGL中可以使用glGenList，glNewList和glCallList函数，在同样环境下运行程序，渲染帧数有了明显改善，达到平均16FPS的水平，虽然和采用glVertex的方法比性能提高了16倍，但是仍然达不到实时渲染的要求。最后采用VBO的方法，在相同环境下运行程序，这次帧数到达了60FPS，约为采用Display List方法的4倍，完全可以达到实时渲染的要求。从试验中可以看到，采用VBO能够明显提高性能。
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