Uniform Buffer Object

最新推荐文章于 2023-02-26 10:14:57 发布

freehyan

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分类专栏： OpenGL GLSL

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本文深入讲解OpenGL中的Uniform Buffer Object (UBO)，包括其初始化、建立连接及更新Buffer数据的方法，并探讨了内存对齐等问题。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

uniform 变量是着色器和应用程序之间共享数据的桥梁。uniform buffer是GPU上的内存空间，从应用程序传递数据到GLSL程序。uniform buffer object 主要优势是可以在不同的GLSL着色器中分享数据，注意uniform buffer在GLSL中是只能读不能修改。

Uniform Block

在shader程序中，定义了一系列的uniform变量，可以把这些变量组合在一起。类似c++的结构体变量，形成uniform block。

layout (std140) uniform unform_block_data
{
    vec3 uLightDirectionE;
    vec3 uMaterialAmbient;
    vec3 uMaterialDiffuse;
    vec3 uLightAmbient;
    vec3 uLightDiffuse;
};

layout (std140) 表示内存对齐方式，不然传统的做法，需要获得变量在GPU内存的地址和偏移量，这里介绍了传统做法。

Uniform Buffer Object

Uniform Buffer Object 是存储GLSL中uniform类型变量的缓冲区对象，通过它可以简化上面的步骤以及实现不同着色器的数据共享。

初始化

    m_UniformBlockIndex = glGetUniformBlockIndex(m_pEffect->getProgramID(0), "unform_block_data");//得到uniform block在shader中的index
    GLint BlockDataSize = 0;
    if (GL_INVALID_INDEX != m_UniformBlockIndex)
    {
        glGetActiveUniformBlockiv(m_pEffect->getProgramID(0), m_UniformBlockIndex, GL_UNIFORM_BLOCK_DATA_SIZE, &BlockDataSize);
    }
    int t = sizeof(uniform_block_data);

    glGenBuffers(1, &m_UBO);
    glBindBuffer(GL_UNIFORM_BUFFER, m_UBO);
    glBufferData(GL_UNIFORM_BUFFER, sizeof(uniform_block_data), &m_UniformBlockData, GL_DYNAMIC_DRAW);
    glBindBuffer(GL_UNIFORM_BUFFER, 0);

建立连接

刚刚只是新建了一个uniform buffer的缓存，但是没有建立uniform block和uniform buffer之间的连接。而这些是通过绑定点来完成。下图出自csxiaoshui的OpenGL缓冲区对象之UBO

    GLuint BindingPointIndex = 1;
    glBindBufferBase(GL_UNIFORM_BUFFER, BindingPointIndex, m_UBO);
    glUniformBlockBinding(m_pEffect->getProgramID(0), m_UniformBlockIndex, BindingPointIndex);
    m_pMesh->render();
    glBindBuffer(GL_UNIFORM_BUFFER, 0);

更新Buffer 数据

如果你每帧需要更新uniform缓存的数据，可以通过glMapBuffer 获得缓存在GPU上的内存地址，然后通过指针更新数据。

    glBindBuffer(GL_UNIFORM_BUFFER, m_UBO);
    GLvoid* pGPUUniformData = glMapBuffer(GL_UNIFORM_BUFFER, GL_WRITE_ONLY);
    _ASSERT(pGPUUniformData);
    memcpy(pGPUUniformData, &m_UniformBlockData, sizeof(uniform_block_data));
    glUnmapBuffer(GL_UNIFORM_BUFFER);

特别注意内存对齐的问题

c++的结构体代码内存对齐是4字节的方式，而GLSL的中uniform block在标准布局140中是vec4对齐，也就是16字节的偏移。所以虽然在GLSL中对应的数据类型是vec3,但是上面的列子得到的block_size却是80字节。所以c++中使用了glm::vec4，最后位数据设置为0或者其他。

struct uniform_block_data
{
    glm::vec4 uLightDirectionE;
    glm::vec4 uMaterialAmbient;
    glm::vec4 uMaterialDiffuse;
    glm::vec4 uLightAmbient;
    glm::vec4 uLightDiffuse;
};