索引的原理

到目前为止,我们在创建VBO时总是重复存储三角形公共边的顶点。

本课将介绍索引。索引是通过索引缓冲(index buffer)来实现的顶点复用。

索引缓冲存储的是整数;每个三角形有三个整数索引,分别指向各种属性缓冲(attribute buffer)顶点位置、颜色、UV坐标、其他UV坐标、法线缓冲法线等)。这和OBJ文件格式有些类似,但一个最大的区别在于:索引缓冲只有一个。这也就是说仅当某顶点的所有属性(译注:即位置、颜色、UV坐标、法线等等)在两个三角形中都相同时,我们才认为此顶点是两个三角形的公共顶点。

公共顶点?不同顶点?

来看看法线的例子。下图中,艺术家创建了两个三角形来表示一个平滑曲面。因此,我们可以把两个三角形的法线混合成一个顶点的法线。为了便于观察,我画了一条红线表示平滑曲面。

然而在第二幅图中,艺术家想画的是”缝隙”或者”粗糙的边缘”。若混合了法线,就意味着色器会像进行平滑插值,形成一个和上图一样的平滑的表面:

因此这种情况下,我们应该为这个顶点设置两条不同的法线;在OpenGL中,唯一可行的办法是把顶点属性完整复制一份。

OpenGL中的索引VBO

索引的用法很简单。首先,需要再创建一个缓冲来存储索引。代码与之前一样,不过参数由ARRAY_BUFFER变为了ELEMENT_ARRAY_BUFFER。

std::vector indices;

// fill "indices" as needed

// Generate a buffer for the indices
 GLuint elementbuffer;
 glGenBuffers(1, &elementbuffer);
 glBindBuffer(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, elementbuffer);
 glBufferData(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, indices.size() * sizeof(unsigned int), &indices[0], GL_STATIC_DRAW);

只需把glDrawArrays替换为如下语句,即可绘制模型:

// Index buffer
 glBindBuffer(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, elementbuffer);

 // Draw the triangles !
 glDrawElements(
     GL_TRIANGLES,      // mode
     indices.size(),    // count
     GL_UNSIGNED_INT,   // type
     (void*)0           // element array buffer offset
 );

(小提示:最好使用unsigned short,不要用unsigned int。这样更节省空间,速度也更快。)

填充索引缓冲

现在真正的问题来了。如前所述,OpenGL只能使用一个索引缓冲,而OBJ(及一些其他常用的3D格式,如Collada)每个属性都有一个索引缓冲。这意味着,必须通过某种方式把若干个索引缓冲合并成一个。

合并算法如下: ```

For each input vertex Try to find a similar ( = same for all attributes ) vertex between all those we already output If found : A similar vertex is already in the VBO, use it instead ! If not found : No similar vertex found, add it to the VBO ```

完整的C++代码位于common/vboindexer.cpp,注释很详尽。如果理解了以上算法,读懂代码应该没问题。

若两顶点的坐标、UV坐标和法线都相等,则认为两顶点是同一顶点。若还有其他属性,就得视具体情况而定了。

为了简单,我们采用了性能较差的线性搜索来寻找相似顶点。实际中用std::map更合适。

补充:FPS计数器

虽与索引无直接关系,但现在去看看”“FPS计数器是很合适的–这样我们就能看到索引究竟能提升多少性能。工具–调试器中还有其他与性能相关的工具。