# 渲染补充（More on Rendering） 本章我们将继续讲述OpenGL如何渲染物体。为了整理代码，我们要创建一个名为`Mesh`的新类，把一个位置数组作为输入，为需要加载到显卡中的模型创建VBO和VAO对象。 ```java package org.lwjglb.engine.graph; import java.nio.FloatBuffer; import org.lwjgl.system.MemoryUtil; import static org.lwjgl.opengl.GL30.*; public class Mesh { private final int vaoId; private final int vboId; private final int vertexCount; public Mesh(float[] positions) { FloatBuffer verticesBuffer = null; try { verticesBuffer = MemoryUtil.memAllocFloat(positions.length); vertexCount = positions.length / 3; verticesBuffer.put(positions).flip(); vaoId = glGenVertexArrays(); glBindVertexArray(vaoId); vboId = glGenBuffers(); glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, vboId); glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, verticesBuffer, GL_STATIC_DRAW); glEnableVertexAttribArray(0); glVertexAttribPointer(0, 3, GL_FLOAT, false, 0, 0); glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, 0); glBindVertexArray(0); } finally { if (verticesBuffer != null) { MemoryUtil.memFree(verticesBuffer); } } } public int getVaoId() { return vaoId; } public int getVertexCount() { return vertexCount; } public void cleanUp() { glDisableVertexAttribArray(0); // 删除VBO glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, 0); glDeleteBuffers(vboId); // 删除VAO glBindVertexArray(0); glDeleteVertexArrays(vaoId); } } ``` 我们将在`DummyGame`类中实例化`Mesh`，然后将`Renderer`的`init`方法中的VAO和VBO代码删除。在`Renderer`类的渲染方法中将接收一个`Mesh`对象来渲染。`cleanup`方法也被简化，因为`Mesh`类已经提供了一个释放VAO和VBO资源的方法。 ```java public void render(Mesh mesh) { clear(); if ( window.isResized() ) { glViewport(0, 0, window.getWidth(), window.getHeight()); window.setResized(false); } shaderProgram.bind(); // 绘制 glBindVertexArray(mesh.getVaoId()); glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, mesh.getVertexCount()); // 还原状态 glBindVertexArray(0); shaderProgram.unbind(); } public void cleanup() { if (shaderProgram != null) { shaderProgram.cleanup(); } } ``` 值得注意的一点是： ```java glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, mesh.getVertexCount()); ``` `Mesh`类通过将位置数组除以3来计算顶点的数目（因为我们使用X，Y和Z坐标）。现在，我们可以渲染更复杂的形状。来试试渲染一个正方形，一个正方形可以用两个三角形来组成，如图所示： ![正方形坐标](_static/05/quad_coordinates.png) 如你所见，这两个三角形中的每一个都由三个顶点组成。第一个三角形由顶点V1、V2和V4（橙色的点）组成，第二个三角形由顶点V4，V2和V3（绿色的点）组成。顶点以逆时针顺序连接，因此要传递的浮点数数组应该是[V1, V2, V4, V4, V2, V3]。因此，`DummyGame`的`init`方法将是这样的： ```java @Override public void init() throws Exception { renderer.init(); float[] positions = new float[]{ -0.5f, 0.5f, 0.0f, -0.5f, -0.5f, 0.0f, 0.5f, 0.5f, 0.0f, 0.5f, 0.5f, 0.0f, -0.5f, -0.5f, 0.0f, 0.5f, -0.5f, 0.0f, }; mesh = new Mesh(positions); } ``` 现在你应该可以看到这样的一个正方形： ![正方形渲染](_static/05/quad_rendered.png) 我们做完了吗？并没有，上述代码仍存在一些问题。我们使用了重复的坐标来表示正方形，传递了两次V2和V4坐标。这是个小图形，它可能不是什么大问题，但想象在一个更复杂的3D模型中，我们会多次重复传递坐标。记住，我们使用三个浮点数表示顶点的位置，但此后将需要更多的数据来表示纹理等。考虑到在更复杂的形状中，三角形直接共享的顶点数量甚至更高，如图所示（其顶点可以在六个三角形之间共享）： ![海豚](_static/05/dolphin.png) 最后，我们需要更多的内存来储存重复的数据，这就是索引缓冲区（Index Buffer）大显身手的时候。为了绘制正方形，我们只需要以这样的方式指定每个顶点：V1, V2, V3, V4。每个顶点在数组中都有一个位置。V1在位置0上，V2在位置1上，等等： | V1 | V2 | V3 | V4 | | --- | --- | --- | --- | | 0 | 1 | 2 | 3 | 然后，我们通过引用它们的位置来指定这些顶点的顺序： | 0 | 1 | 3 | 3 | 1 | 2 | | --- | --- | --- | --- | --- | --- | | V1 | V2 | V4 | V4 | V2 | V3 | 因此，我们需要修改`Mesh`类来接收另一个参数，一个索引数组，现在绘制的顶点数量是该索引数组的长度。 ```java public Mesh(float[] positions, int[] indices) { vertexCount = indices.length; ``` 在创建了储存位置的VBO之后，我们需要创建另一个VBO来储存索引。因此，重命名储存位置的VBO的ID的变量名，并为索引VBO（`idxVboId`）创建一个ID。创建VBO的过程相似，但现在的类型是`GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER`。 ```java idxVboId = glGenBuffers(); indicesBuffer = MemoryUtil.memAllocInt(indices.length); indicesBuffer.put(indices).flip(); glBindBuffer(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, idxVboId); glBufferData(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, indicesBuffer, GL_STATIC_DRAW); memFree(indicesBuffer); ``` 因为我们是在处理整数，所以需要创建一个`IntBuffer`而不是一个`FloatBuffer`。 就是这样。现在VAO包含两个VBO，一个储存位置，另一个储存索引。`Mesh`类的`cleanUp`方法也必须考虑到要释放另一个VBO。 ```java public void cleanUp() { glDisableVertexAttribArray(0); // 删除 VBO glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, 0); glDeleteBuffers(posVboId); glDeleteBuffers(idxVboId); // 删除 VAO glBindVertexArray(0); glDeleteVertexArrays(vaoId); } ``` 最后，我们需要修改在绘制时调用的`glDrawArrays`方法： ```java glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, mesh.getVertexCount()); ``` 改为调用`glDrawElements`方法： ```java glDrawElements(GL_TRIANGLES, mesh.getVertexCount(), GL_UNSIGNED_INT, 0); ``` 方法的参数如下： * mode: 指定渲染的图元类型，现在是三角形，没有变化。 * count: 指定要渲染的顶点数。 * type: 指定索引数据的类型，现在是无符号整数型。 * indices: 指定要开始使用索引渲染的数据偏移量。 现在可以使用全新和更有效的方法来绘制复杂的模型了，仅需指定索引。 ```java public void init() throws Exception { renderer.init(); float[] positions = new float[]{ -0.5f, 0.5f, 0.0f, -0.5f, -0.5f, 0.0f, 0.5f, -0.5f, 0.0f, 0.5f, 0.5f, 0.0f, }; int[] indices = new int[]{ 0, 1, 3, 3, 1, 2, }; mesh = new Mesh(positions, indices); } ``` 现在为示例代码添加颜色吧。我们把另一组浮点数传递给`Mesh`类，它储存了正方形中每个顶点的颜色。 ```java public Mesh(float[] positions, float[] colours, int[] indices) { ``` 为了使用该数组，我们需要创建另一个VBO，它将与我们的VAO相关联。 ```java // 颜色 VBO colourVboId = glGenBuffers(); FloatBuffer colourBuffer = memAllocFloat(colours.length); colourBuffer.put(colours).flip(); glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, colourVboId); glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, colourBuffer, GL_STATIC_DRAW); glEnableVertexAttribArray(1); glVertexAttribPointer(1, 3, GL_FLOAT, false, 0, 0); ``` 请注意`glVertexAttribPointer`方法的调用，第一个参数现在是“1”，这是着色器期望数据的位置。（当然，由于增加了一个VBO，我们需要在`cleanUp`方法中释放它）。可以看到，我们需要在渲染期间启用位置1处的VAO属性。 接下来是修改着色器。顶点着色器现在需要两个参数，坐标（位置0）和颜色（位置1）。顶点着色器将只输出接收到的颜色，以便片元着色器可以对其进行处理。 ```glsl #version 330 layout (location=0) in vec3 position; layout (location=1) in vec3 inColour; out vec3 exColour; void main() { gl_Position = vec4(position, 1.0); exColour = inColour; } ``` 现在，片元着色器接收由顶点着色器处理的颜色，并使用它来生成颜色。 ```glsl #version 330 in vec3 exColour; out vec4 fragColor; void main() { fragColor = vec4(exColour, 1.0); } ``` 最后要做的是修改渲染代码以使用第二个数据数组： 我们现在可以将如下所示的颜色数组传递给`Mesh`类，为正方形添加一些颜色。 ```java float[] colours = new float[]{ 0.5f, 0.0f, 0.0f, 0.0f, 0.5f, 0.0f, 0.0f, 0.0f, 0.5f, 0.0f, 0.5f, 0.5f, }; ``` 然后会得到一个色彩鲜艳的正方形。 ![色彩鲜艳的正方形](_static/05/coloured_quad.png)