[learnOpenGL学习笔记_4] 你好，三角形 2

最新推荐文章于 2025-08-31 15:28:06 发布

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本文探讨OpenGL中的索引缓冲对象(EBO)，如何通过避免重复顶点提高渲染效率，以及如何创建多个三角形并使用不同着色器实现颜色区分。

你好，三角形 2

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你好，三角形 2

learnOpenGL网站是学习openGL非常有用的网站，作为一个小白，为了方便后续回顾同时给大家提供借鉴，在此记录学习的过程。
本文参考：你好，三角形
请在上篇文章的基础上阅读本篇文章。

1. 索引缓冲对象（EBO/IBO）

1.1 概念

假设我们不再绘制一个三角形而是绘制一个矩形。我们可以绘制两个三角形来组成一个矩形（OpenGL主要处理三角形）。这会生成下面的顶点的集合：

float vertices[] = {
    // 第一个三角形
    0.5f, 0.5f, 0.0f,   // 右上角
    0.5f, -0.5f, 0.0f,  // 右下角
    -0.5f, 0.5f, 0.0f,  // 左上角
    // 第二个三角形
    0.5f, -0.5f, 0.0f,  // 右下角
    -0.5f, -0.5f, 0.0f, // 左下角
    -0.5f, 0.5f, 0.0f   // 左上角
};

可以看到我们存储了重复的顶点数值，这会造成资源的浪费。索引缓冲对象就是解决此问题的方法。和顶点缓冲对象一样，EBO也是一个缓冲，它专门储存索引，OpenGL调用这些顶点的索引来决定该绘制哪个顶点。

1.2 定义顶点和索引

定义不重复的顶点和绘制出矩形所需的索引：

float vertices[] = {
    0.5f, 0.5f, 0.0f,   // 右上角
    0.5f, -0.5f, 0.0f,  // 右下角
    -0.5f, -0.5f, 0.0f, // 左下角
    -0.5f, 0.5f, 0.0f   // 左上角
};

unsigned int indices[] = { // 注意索引从0开始! 
    0, 1, 3, // 第一个三角形
    1, 2, 3  // 第二个三角形
};

1.3 创建及配置

1. 创建索引缓冲对象

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

2. 与VBO类似，我们先绑定EBO然后用glBufferData把索引复制到缓冲里，把缓冲的类型定义为GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER

glBindBuffer(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, EBO);
glBufferData(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, sizeof(indices), indices, GL_STATIC_DRAW);

1.4 绘制

最后一件要做的事是用glDrawElements来替换glDrawArrays函数，来指明我们从索引缓冲渲染。使用glDrawElements时，我们会使用当前绑定的索引缓冲对象中的索引进行绘制：

glBindBuffer(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, EBO);
glDrawElements(GL_TRIANGLES, 6, GL_UNSIGNED_INT, 0);

第一个参数指定了我们绘制的模式，这个和glDrawArrays的一样。
第二个参数是我们打算绘制顶点的个数，这里填6，也就是说我们一共需要绘制6个顶点。
第三个参数是索引的类型，这里是GL_UNSIGNED_INT。
最后一个参数里我们可以指定EBO中的偏移量（或者传递一个索引数组，但是这是当你不在使用索引缓冲对象的时候），但是我们会在这里填写0。

当目标是GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER的时候，VAO会储存glBindBuffer的函数调用。这也意味着它也会储存解绑调用，所以确保你没有在解绑VAO之前解绑索引数组缓冲，否则它就没有这个EBO配置了。

最终结果：
在这里插入图片描述

2. 全部源码

#include <glad/glad.h>
#include <GLFW/glfw3.h>

#include <iostream>

const char *vertexShaderSource = "#version 330 core\n"
    "layout (location = 0) in vec3 aPos;\n"
    "void main()\n"
    "{\n"
    "   gl_Position = vec4(aPos.x, aPos.y, aPos.z, 1.0);\n"
    "}\0";
const char *fragmentShaderSource = "#version 330 core\n"
    "out vec4 FragColor;\n"
    "void main()\n"
    "{\n"
    "   FragColor = vec4(1.0f, 0.5f, 0.2f, 1.0f);\n"
    "}\n\0";

void framebuffer_size_callback(GLFWwindow* window, int width, int height);
void processInput(GLFWwindow *window);
void draw(GLFWwindow *window);

int main()
{
    glfwInit(); //初始化GLFW
    
    //配置GLFW
    glfwWindowHint(GLFW_CONTEXT_VERSION_MAJOR, 3);  //告知系统我们使用的opengl版本是3.3
    glfwWindowHint(GLFW_CONTEXT_VERSION_MINOR, 3);
    glfwWindowHint(GLFW_OPENGL_PROFILE, GLFW_OPENGL_CORE_PROFILE); //同样明确告诉GLFW我们使用的是核心模式(Core-profile)
    
    glfwWindowHint(GLFW_OPENGL_FORWARD_COMPAT, GL_TRUE); //MAC环境下需加这一句才能使以上配置生效
    
    GLFWwindow *window = glfwCreateWindow(800, 600, "LearnOpenGL", nullptr, nullptr);
    if (window == nullptr)
    {
        std::cout << "Failed to create GLFW window" << std::endl;
        glfwTerminate();
        return -1;
    }
    glfwMakeContextCurrent(window);
    
    //初始化glad
    if (!gladLoadGLLoader((GLADloadproc)glfwGetProcAddress))
    {
        std::cout << "Failed to initialize GLAD" << std::endl;
        return -1;
    }
    
    //设置视口
    glViewport(0, 0, 800, 600);
    
    glfwSetFramebufferSizeCallback(window, framebuffer_size_callback);
    
    //----------> 1. 输入顶点
    float vertices[] = {
        0.5f, 0.5f, 0.0f,   // 右上角
        0.5f, -0.5f, 0.0f,  // 右下角
        -0.5f, -0.5f, 0.0f, // 左下角
        -0.5f, 0.5f, 0.0f   // 左上角
    };

    unsigned int indices[] = { // 注意索引从0开始!
        0, 1, 3, // 第一个三角形
        1, 2, 3  // 第二个三角形
    };
    
    //---------> 2. 创建VBO并绑定
    unsigned int VBO;
    glGenBuffers(1, &VBO);
    //绑定一个VBO对象
    glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, VBO);
    //将顶点数据复制到缓冲内存中
    glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(vertices), vertices, GL_STATIC_DRAW);
    
    //---------> 3. 创建VAO并绑定
    unsigned int VAO;
    glGenVertexArrays(1, &VAO);
    // bind the Vertex Array Object first
    glBindVertexArray(VAO);
    
    unsigned int EBO;
    glGenBuffers(1, &EBO);
    glBindBuffer(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, EBO);
    glBufferData(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, sizeof(indices), indices, GL_STATIC_DRAW);

    //---------> 4. 链接顶点属性
    glVertexAttribPointer(0, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 3 * sizeof(float), (void*)0);
    glEnableVertexAttribArray(0);
    
    //---------> 5. 创建并编译顶点着色器
    unsigned int vertexShader;
    vertexShader = glCreateShader(GL_VERTEX_SHADER);
    glShaderSource(vertexShader, 1, &vertexShaderSource, NULL);
    glCompileShader(vertexShader);
    //检测编译是否成功
    int  success;
    char infoLog[512];
    glGetShaderiv(vertexShader, GL_COMPILE_STATUS, &success);
    if(!success)
    {
        glGetShaderInfoLog(vertexShader, 512, NULL, infoLog);
        std::cout << "ERROR::SHADER::VERTEX::COMPILATION_FAILED\n" << infoLog << std::endl;
    }
    
    //--------> 6. 创建并编译片段着色器
    //创建片段着色器对象
    unsigned int fragmentShader;
    fragmentShader = glCreateShader(GL_FRAGMENT_SHADER);
    glShaderSource(fragmentShader, 1, &fragmentShaderSource, NULL);
    glCompileShader(fragmentShader);
    glGetShaderiv(fragmentShader, GL_COMPILE_STATUS, &success);
    if (!success)
    {
        glGetShaderInfoLog(fragmentShader, 512, NULL, infoLog);
        std::cout << "ERROR::SHADER::FRAGMENT::COMPILATION_FAILED\n" << infoLog << std::endl;
    }
    
    //--------> 7. 链接着色器
    unsigned int shaderProgram;
    shaderProgram = glCreateProgram();
    glAttachShader(shaderProgram, vertexShader);
    glAttachShader(shaderProgram, fragmentShader);
    glLinkProgram(shaderProgram);
    glGetProgramiv(shaderProgram, GL_LINK_STATUS, &success);
    if(!success) {
        glGetProgramInfoLog(shaderProgram, 512, NULL, infoLog);
        std::cout << "ERROR::SHADER::LINK_FAILED\n" << infoLog << std::endl;
    }
    
    glDeleteShader(vertexShader);
    glDeleteShader(fragmentShader);
    
    //循环渲染
    while(!glfwWindowShouldClose(window))
    {
        //检测输入事件
        processInput(window);
        
        //渲染指令
        draw(window);
        
        //------> 8. 画三角形
        glUseProgram(shaderProgram);
        glBindVertexArray(VAO);
//        glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, 3);
        glDrawElements(GL_TRIANGLES, 6, GL_UNSIGNED_INT, 0);
        
        glfwSwapBuffers(window);
        glfwPollEvents();
    }
    
    //正确释放/删除之前的分配的所有资源
    glfwTerminate();
    
    return 0;
}

void framebuffer_size_callback(GLFWwindow* window, int width, int height)
{
    glViewport(0, 0, width, height);
}

void processInput(GLFWwindow *window)
{
    if(glfwGetKey(window, GLFW_KEY_ESCAPE) == GLFW_PRESS)
        glfwSetWindowShouldClose(window, true);
}

void draw(GLFWwindow *window)
{
    glClearColor(0.2f, 0.3f, 0.3f, 1.0f);
    glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
}

3. 练习

3.1 创建相同的两个三角形，但对它们的数据使用不同的VAO和VBO

VAO和VBO绑定步骤：
1. 生成VAO和VBO
下面步骤循环：
2. 绑定VAO
3. 接着绑定VBO
4. 设置顶点属性指针

实例代码：

unsigned int VBO[2];
glGenBuffers(2, VBO);
    
unsigned int VAO[2];
glGenVertexArrays(2, VAO);
    
// bind the Vertex Array Object first
glBindVertexArray(VAO[0]);
//绑定一个VBO对象
glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, VBO[0]);
//将顶点数据复制到缓冲内存中
glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(firstTriangle), firstTriangle, GL_STATIC_DRAW);
glVertexAttribPointer(0, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 3 * sizeof(float), (void*)0);
glEnableVertexAttribArray(0);
    
// bind the Vertex Array Object first
glBindVertexArray(VAO[1]);
//绑定一个VBO对象
glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, VBO[1]);
//将顶点数据复制到缓冲内存中
glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(secondTriangle), secondTriangle, GL_STATIC_DRAW);
glVertexAttribPointer(0, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 3 * sizeof(float), (void*)0);
glEnableVertexAttribArray(0);

效果：
在这里插入图片描述

3.2 创建两个着色器程序，第二个程序使用一个不同的片段着色器，输出黄色；再次绘制这两个三角形，让其中一个输出为黄色

结果：
在这里插入图片描述
源码：

#include <glad/glad.h>
#include <GLFW/glfw3.h>

#include <iostream>

const char *vertexShaderSource = "#version 330 core\n"
    "layout (location = 0) in vec3 aPos;\n"
    "void main()\n"
    "{\n"
    "   gl_Position = vec4(aPos.x, aPos.y, aPos.z, 1.0);\n"
    "}\0";
const char *fragmentShaderSource1 = "#version 330 core\n"
    "out vec4 FragColor;\n"
    "void main()\n"
    "{\n"
    "   FragColor = vec4(1.0f, 0.5f, 0.2f, 1.0f);\n"
    "}\n\0";

const char *fragmentShaderSource2 = "#version 330 core\n"
"out vec4 FragColor;\n"
"void main()\n"
"{\n"
"   FragColor = vec4(1.0f, 1.0f, 0.0f, 1.0f);\n"
"}\n\0";

void framebuffer_size_callback(GLFWwindow* window, int width, int height);
void processInput(GLFWwindow *window);
void draw(GLFWwindow *window);

int main()
{
    glfwInit(); //初始化GLFW
    
    //配置GLFW
    glfwWindowHint(GLFW_CONTEXT_VERSION_MAJOR, 3);  //告知系统我们使用的opengl版本是3.3
    glfwWindowHint(GLFW_CONTEXT_VERSION_MINOR, 3);
    glfwWindowHint(GLFW_OPENGL_PROFILE, GLFW_OPENGL_CORE_PROFILE); //同样明确告诉GLFW我们使用的是核心模式(Core-profile)
    
    glfwWindowHint(GLFW_OPENGL_FORWARD_COMPAT, GL_TRUE); //MAC环境下需加这一句才能使以上配置生效
    
    GLFWwindow *window = glfwCreateWindow(800, 600, "LearnOpenGL", nullptr, nullptr);
    if (window == nullptr)
    {
        std::cout << "Failed to create GLFW window" << std::endl;
        glfwTerminate();
        return -1;
    }
    glfwMakeContextCurrent(window);
    
    //初始化glad
    if (!gladLoadGLLoader((GLADloadproc)glfwGetProcAddress))
    {
        std::cout << "Failed to initialize GLAD" << std::endl;
        return -1;
    }
    
    //设置视口
    glViewport(0, 0, 800, 600);
    
    glfwSetFramebufferSizeCallback(window, framebuffer_size_callback);
    
    float firstTriangle[] = {
        -0.9f, -0.5f, 0.0f,  // left
        -0.0f, -0.5f, 0.0f,  // right
        -0.45f, 0.5f, 0.0f,  // top
    };
    float secondTriangle[] = {
        0.0f, -0.5f, 0.0f,  // left
        0.9f, -0.5f, 0.0f,  // right
        0.45f, 0.5f, 0.0f   // top
    };
    
    unsigned int VBO[2];
    glGenBuffers(2, VBO);
    
    unsigned int VAO[2];
    glGenVertexArrays(2, VAO);
    
    // bind the Vertex Array Object first
    glBindVertexArray(VAO[0]);
    //绑定一个VBO对象
    glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, VBO[0]);
    //将顶点数据复制到缓冲内存中
    glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(firstTriangle), firstTriangle, GL_STATIC_DRAW);
    glVertexAttribPointer(0, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 3 * sizeof(float), (void*)0);
    glEnableVertexAttribArray(0);
    
    // bind the Vertex Array Object first
    glBindVertexArray(VAO[1]);
    //绑定一个VBO对象
    glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, VBO[1]);
    //将顶点数据复制到缓冲内存中
    glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(secondTriangle), secondTriangle, GL_STATIC_DRAW);
    glVertexAttribPointer(0, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 3 * sizeof(float), (void*)0);
    glEnableVertexAttribArray(0);
    
    //---------> 5. 创建并编译顶点着色器
    unsigned int vertexShader;
    vertexShader = glCreateShader(GL_VERTEX_SHADER);
    glShaderSource(vertexShader, 1, &vertexShaderSource, NULL);
    glCompileShader(vertexShader);
    //检测编译是否成功
    int  success;
    char infoLog[512];
    glGetShaderiv(vertexShader, GL_COMPILE_STATUS, &success);
    if(!success)
    {
        glGetShaderInfoLog(vertexShader, 512, NULL, infoLog);
        std::cout << "ERROR::SHADER::VERTEX::COMPILATION_FAILED\n" << infoLog << std::endl;
    }
    
    //--------> 6. 创建并编译片段着色器
    //创建片段着色器对象
    unsigned int fragmentShader1;
    fragmentShader1 = glCreateShader(GL_FRAGMENT_SHADER);
    glShaderSource(fragmentShader1, 1, &fragmentShaderSource1, NULL);
    glCompileShader(fragmentShader1);
    glGetShaderiv(fragmentShader1, GL_COMPILE_STATUS, &success);
    if (!success)
    {
        glGetShaderInfoLog(fragmentShader1, 512, NULL, infoLog);
        std::cout << "ERROR::SHADER::FRAGMENT::COMPILATION_FAILED\n" << infoLog << std::endl;
    }
    
    unsigned int fragmentShader2;
    fragmentShader2 = glCreateShader(GL_FRAGMENT_SHADER);
    glShaderSource(fragmentShader2, 1, &fragmentShaderSource2, NULL);
    glCompileShader(fragmentShader2);
    glGetShaderiv(fragmentShader2, GL_COMPILE_STATUS, &success);
    if (!success)
    {
        glGetShaderInfoLog(fragmentShader2, 512, NULL, infoLog);
        std::cout << "ERROR::SHADER::FRAGMENT::COMPILATION_FAILED\n" << infoLog << std::endl;
    }
    
    //--------> 7. 链接着色器
    unsigned int shaderProgram1;
    shaderProgram1 = glCreateProgram();
    glAttachShader(shaderProgram1, vertexShader);
    glAttachShader(shaderProgram1, fragmentShader1);
    glLinkProgram(shaderProgram1);
    glGetProgramiv(shaderProgram1, GL_LINK_STATUS, &success);
    if(!success) {
        glGetProgramInfoLog(shaderProgram1, 512, NULL, infoLog);
        std::cout << "ERROR::SHADER::LINK_FAILED\n" << infoLog << std::endl;
    }
    
    unsigned int shaderProgram2;
    shaderProgram2 = glCreateProgram();
    glAttachShader(shaderProgram2, vertexShader);
    glAttachShader(shaderProgram2, fragmentShader2);
    glLinkProgram(shaderProgram2);
    glGetProgramiv(shaderProgram2, GL_LINK_STATUS, &success);
    if(!success) {
        glGetProgramInfoLog(shaderProgram2, 512, NULL, infoLog);
        std::cout << "ERROR::SHADER::LINK_FAILED\n" << infoLog << std::endl;
    }
    
    glDeleteShader(vertexShader);
    glDeleteShader(fragmentShader1);
    glDeleteShader(fragmentShader2);
    
    //循环渲染
    while(!glfwWindowShouldClose(window))
    {
        //检测输入事件
        processInput(window);
        
        //渲染指令
        draw(window);
        
        //------> 8. 画三角形
        glUseProgram(shaderProgram1);
        glBindVertexArray(VAO[0]);
        glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, 3);
        glUseProgram(shaderProgram2);
        glBindVertexArray(VAO[1]);
        glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, 3);
        
        glfwSwapBuffers(window);
        glfwPollEvents();
    }
    
    //正确释放/删除之前的分配的所有资源
    glfwTerminate();
    
    return 0;
}

void framebuffer_size_callback(GLFWwindow* window, int width, int height)
{
    glViewport(0, 0, width, height);
}

void processInput(GLFWwindow *window)
{
    if(glfwGetKey(window, GLFW_KEY_ESCAPE) == GLFW_PRESS)
        glfwSetWindowShouldClose(window, true);
}

void draw(GLFWwindow *window)
{
    glClearColor(0.2f, 0.3f, 0.3f, 1.0f);
    glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
}