WebGL2系列之顶点数组对象

顶点数组对象,在WebGL1中,是一个扩展对象,该扩展对象的名称是OES_vertex_array_object;而在WebGL2中可以直接使用;如果你在WebGL1中已经使用过OES_vertex_array_object,那么你只需要了解在WebGL2和WebGL1的调用方式的差异即可

下面会对顶点数组对象做详细的介绍。

顶点数组对象

顶点数组对象( VAO )是这样一种对象: 它封装了与顶点处理器有关的所有数据,它记录了顶点缓存区和索引缓冲区的引用,以及顶点的各种属性的布局而不是实际的数据。

顶点数组对象的优点

这样做的优点是: 一旦为一个 对象指定了一个VAO之后,可以ton通过对该VAO对象进行简单的绑定操作来导入对象的所有引用和状态。在之后绘制对象时候,不需要在手动来导入对象的引用和状态,VAO替你记住了它。 通过VAO可以简化缓冲区的绑定过程,即可以减少代码的调用次数,也提升了WebGL状态切换的效率。

案例:用顶点数组对象绘制两个三角形

下面通过代码来说明顶点数组对象的使用,本案例代码绘制两个顶点色的三角形,最终显示的效果如下:

var triangleArray = gl.createVertexArray();
        gl.bindVertexArray(triangleArray);

        var positions = new Float32Array([
            -0.5, -0.5, 0.0,
            0.0, -0.5, 0.0,
            0.0, 0.0, 0.0
        ]);
        var positionBuffer = gl.createBuffer();
        gl.bindBuffer(gl.ARRAY_BUFFER, positionBuffer);
        gl.bufferData(gl.ARRAY_BUFFER, positions, gl.STATIC_DRAW);
        gl.vertexAttribPointer(0, 3, gl.FLOAT, false, 0, 0);
        gl.enableVertexAttribArray(0);
        var colors = new Float32Array([
            1.0, 0.0, 0.0,
            0.0, 1.0, 0.0,
            0.0, 0.0, 1.0
        ]);
        var colorBuffer = gl.createBuffer();
        gl.bindBuffer(gl.ARRAY_BUFFER, colorBuffer);
        gl.bufferData(gl.ARRAY_BUFFER, colors, gl.STATIC_DRAW);
        gl.vertexAttribPointer(1, 3, gl.FLOAT, false, 0, 0);
        gl.enableVertexAttribArray(1);

        var triangleArray2 = gl.createVertexArray();
        gl.bindVertexArray(triangleArray2);

        var positions2 = new Float32Array([
            0.0, -0.0, 0.0,
            0.5, 0.0, 0.0,
            0.0, 0.5, 0.0
        ]);
        var positionBuffer2 = gl.createBuffer();
        gl.bindBuffer(gl.ARRAY_BUFFER, positionBuffer2);
        gl.bufferData(gl.ARRAY_BUFFER, positions2, gl.STATIC_DRAW);
        gl.vertexAttribPointer(0, 3, gl.FLOAT, false, 0, 0);
        gl.enableVertexAttribArray(0);
        var colors2 = new Float32Array([
            1.0, 1.0, 0.0,
            0.0, 1.0, 1.0,
            0.0, 1.0, 1.0
        ]);
        var colorBuffer2 = gl.createBuffer();
        gl.bindBuffer(gl.ARRAY_BUFFER, colorBuffer2);
        gl.bufferData(gl.ARRAY_BUFFER, colors2, gl.STATIC_DRAW);
        gl.vertexAttribPointer(1, 3, gl.FLOAT, false, 0, 0);
        gl.enableVertexAttribArray(1);
        ////////////////
        // DRAW
        ////////////////
        gl.clear(gl.COLOR_BUFFER_BIT);

        gl.bindVertexArray(triangleArray);
        gl.drawArrays(gl.TRIANGLES, 0, 3);

        gl.bindVertexArray(triangleArray2);
        gl.drawArrays(gl.TRIANGLES, 0, 3);

定义三角形相关数据和缓冲区

首先,定义了三角形的顶点数据和缓冲区和WebGL1的代码很类似,下面是一个三角相关数据定义的代码

var triangleArray = gl.createVertexArray();
        gl.bindVertexArray(triangleArray);

        var positions = new Float32Array([
            -0.5, -0.5, 0.0,
            0.0, -0.5, 0.0,
            0.0, 0.0, 0.0
        ]);
        var positionBuffer = gl.createBuffer();
        gl.bindBuffer(gl.ARRAY_BUFFER, positionBuffer);
        gl.bufferData(gl.ARRAY_BUFFER, positions, gl.STATIC_DRAW);
        gl.vertexAttribPointer(0, 3, gl.FLOAT, false, 0, 0);
        gl.enableVertexAttribArray(0);
        var colors = new Float32Array([
            1.0, 0.0, 0.0,
            0.0, 1.0, 0.0,
            0.0, 0.0, 1.0
        ]);
        var colorBuffer = gl.createBuffer();
        gl.bindBuffer(gl.ARRAY_BUFFER, colorBuffer);
        gl.bufferData(gl.ARRAY_BUFFER, colors, gl.STATIC_DRAW);
        gl.vertexAttribPointer(1, 3, gl.FLOAT, false, 0, 0);
        gl.enableVertexAttribArray(1);

可以看出除了前两行 创建VAO和绑定VAO代码外,其他的代码都是WebGL1一样的代码:

  • 定义坐标数组
  • 创建顶点坐标缓冲区
  • 绑定缓冲区并填充缓冲区数据
  • 把缓冲区分配给attribute变量
  • 启用attribute变量

代码中定义了两种顶点信息:顶点坐标和顶点颜色

创建另外一个三角形的相关数据的代码和第一个类似,不重复说明。

VAO对象在创建顶点数据的作用

现在回到前面两行代码:

var triangleArray = gl.createVertexArray();
gl.bindVertexArray(triangleArray);

第一行代码创建了一个VAO对象,第二行代码绑定该VAO对象,这两行代码的作用是: 后面关于顶点缓冲对象的操作和状态,都会被记录到这个VAO对象中,以后绘制的时候,只需要调用gl.bindVertexArray方法,绑定该对象,就会自动使用相关的状态。

VAO 对象在绘制的时候的作用

下面在看绘制的代码

       gl.clear(gl.COLOR_BUFFER_BIT);// 清空颜色缓冲区
        // 绘制第一个三角形
        gl.bindVertexArray(triangleArray);
        gl.drawArrays(gl.TRIANGLES, 0, 3);
        // 绘制第二个三角形
        gl.bindVertexArray(triangleArray2);
        gl.drawArrays(gl.TRIANGLES, 0, 3);

第一行代码,清空颜色缓冲区,和WebGL1一样;然后绘制第一个三角形,绘制时候,

  • 先调用 gl.bindVertexArray(triangleArray)把第一个三角形相关的缓冲区状态恢复,
  • 然后调用gl.drawArrays(gl.TRIANGLES, 0, 3)绘制

绘制第二个三角形和第一个三角形类似; 回顾下,如果不使用顶点数组对象,绘制第一个三角形的代码便是这样:

        gl.bindBuffer(gl.ARRAY_BUFFER, positionBuffer);
        gl.vertexAttribPointer(0, 3, gl.FLOAT, false, 0, 0);
        gl.enableVertexAttribArray(0);
        gl.bindBuffer(gl.ARRAY_BUFFER, colorBuffer);
        gl.vertexAttribPointer(1, 3, gl.FLOAT, false, 0, 0);
        gl.enableVertexAttribArray(1);

        gl.drawArrays(gl.TRIANGLES, 0, 3);

绘制第二个三角形类似,由此可以看出,使用VAO对象之后,gl.bindVertexArray这一行代码相当于以下代码:

        gl.bindBuffer(gl.ARRAY_BUFFER, positionBuffer);
        gl.vertexAttribPointer(0, 3, gl.FLOAT, false, 0, 0);
        gl.enableVertexAttribArray(0);
        gl.bindBuffer(gl.ARRAY_BUFFER, colorBuffer);
        gl.vertexAttribPointer(1, 3, gl.FLOAT, false, 0, 0);
        gl.enableVertexAttribArray(1);

也就是绑定缓冲区对象,分配attribute和启用attribute变量等等操作都可以在绘制的时候可以不再调用了。 有次可以看出,使用VAO对象的好处:

  • 减少代码量,提高开发效率
  • 提高绘制效率(因为减少了WebGL相关函数的调用,并且WebGL内部对VAO进行了优化)

WebGL1中如何使用VAO

在WebGL1.0中VAO是通过扩展方式提供的,首先需要获取对应的扩展对象:

var ext = gl.getExtension("OES_vertex_array_object");

如果返回的ext位null说明浏览器不支持该扩展。 有了上面的ext对象,便可以创建VAO了:

var vao = ext.createVertexArrayOES();

有了VAO对象之后,就可以进行绑定操作:

// bind
ext.bindVertexArrayOES(vao);
// unbind
ext.bindVertexArrayOES(null);

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