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# 渲染补充（More on Rendering）
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本章中，我们将继续讨论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，把一个坐标数组作为输入，创建VBO和VAO对象，把VBO和VAO对象加载到显卡中。
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```java
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package org.lwjglb.engine.graph;
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import java.nio.FloatBuffer;
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import static org.lwjgl.opengl.GL11.*;
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import static org.lwjgl.opengl.GL15.*;
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import static org.lwjgl.opengl.GL20.*;
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import static org.lwjgl.opengl.GL30.*;
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import org.lwjgl.system.MemoryUtil;
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public class Mesh {
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private final int vaoId;
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private final int vboId;
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private final int vertexCount;
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public Mesh(float[] positions) {
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FloatBuffer verticesBuffer = null;
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try {
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verticesBuffer = MemoryUtil.memAllocFloat(positions.length);
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vertexCount = positions.length / 3;
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verticesBuffer.put(positions).flip();
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vaoId = glGenVertexArrays();
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glBindVertexArray(vaoId);
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vboId = glGenBuffers();
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glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, vboId);
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glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, verticesBuffer, GL_STATIC_DRAW);
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glVertexAttribPointer(0, 3, GL_FLOAT, false, 0, 0);
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glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, 0);
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glBindVertexArray(0);
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} finally {
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if (verticesBuffer != null) {
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MemoryUtil.memFree(verticesBuffer);
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}
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}
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}
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public int getVaoId() {
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return vaoId;
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}
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public int getVertexCount() {
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return vertexCount;
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}
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public void cleanUp() {
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glDisableVertexAttribArray(0);
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// 删除VBO
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glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, 0);
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glDeleteBuffers(vboId);
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// 删除VAO
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glBindVertexArray(0);
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glDeleteVertexArrays(vaoId);
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}
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}
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```
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我们将在`DummyGame`类中实例化`Mesh`，从`Renderer`的`init`方法中删除VAO和VBO代码。在`Renderer`类的渲染方法中也将接收一个`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。
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```java
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public void render(Mesh mesh) {
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clear();
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if ( window.isResized() ) {
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glViewport(0, 0, window.getWidth(), window.getHeight());
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window.setResized(false);
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}
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shaderProgram.bind();
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// 绘制
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glBindVertexArray(mesh.getVaoId());
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glEnableVertexAttribArray(0);
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glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, mesh.getVertexCount());
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// 还原状态
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glDisableVertexAttribArray(0);
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glBindVertexArray(0);
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shaderProgram.unbind();
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}
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public void cleanup() {
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if (shaderProgram != null) {
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shaderProgram.cleanup();
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}
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}
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```
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值得注意的一点是：
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```java
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glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, mesh.getVertexCount());
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```
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`Mesh`类通过将坐标数组除以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。来渲染一个正方形吧。一个正方形可以用两个三角形来组成，如图所示。
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正如你所看到的，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：
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```java
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@Override
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public void init() throws Exception {
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renderer.init();
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float[] positions = new float[]{
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-0.5f, 0.5f, 0.0f,
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-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,
|
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};
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mesh = new Mesh(positions);
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}
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```
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现在你应该可以看到这样一个正方形：
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我们完成了吗？没有。上面的代码仍然存在一些问题。我们使用了重复的坐标来表示正方形。我们传递了两次V2和V4坐标。这是个小形状，它可能不是什么大问题，但想象一个更复杂的3D模型，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，但稍后我们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可以更高，如图所示（其中顶点可以在六个三角形之间共享）。
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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`)发挥作用的地方。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。
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| V1 | V2 | V3 | V4 |
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| --- | --- | --- | --- |
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| 0 | 1 | 2 | 3 |
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然后，我们通过引用它们的位置来指定这些顶点的顺序：
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| 0 | 1 | 3 | 3 | 1 | 2 |
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| --- | --- | --- | --- | --- | --- |
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| V1 | V2 | V4 | V4 | V2 | V3 |
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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。
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```java
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public Mesh(float[] positions, int[] indices) {
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vertexCount = indices.length;
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```
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在创建了储存坐标的VBO之后，我们需要创建另一个VBO来保存索引。因此，重命名持有坐标的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`。
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```java
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idxVboId = glGenBuffers();
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indicesBuffer = MemoryUtil.memAllocInt(indices.length);
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||
indicesBuffer.put(indices).flip();
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||
glBindBuffer(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, idxVboId);
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||
glBufferData(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, indicesBuffer, GL_STATIC_DRAW);
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||
memFree(indicesBuffer);
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||
```
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因为我们是在处理整数，所有需要创建一个`IntBuffer`而不是一个`FloatBuffer`。
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就是这样。现在VAO包含两个VBO，一个储存坐标，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。
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```java
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public void cleanUp() {
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glDisableVertexAttribArray(0);
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// 删除 VBO
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glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, 0);
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glDeleteBuffers(posVboId);
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||
glDeleteBuffers(idxVboId);
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||
// 删除 VAO
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glBindVertexArray(0);
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||
glDeleteVertexArrays(vaoId);
|
||
}
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```
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||
最后，我们需要修改`glDrawArrays`调用的方法：
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```java
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glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, mesh.getVertexCount());
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```
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改为调用`glDrawElements`方法：
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```java
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glDrawElements(GL_TRIANGLES, mesh.getVertexCount(), GL_UNSIGNED_INT, 0);
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```
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方法的参数如下：
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* mode: 指定渲染的图元类型，现在是三角形。没有什么变化。
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* count: 指定要渲染的顶点数。
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* type: 指定索引数据的类型。现在是无符号整数型。
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* indices: 指定要开始使用索引渲染的数据偏移量。
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现在可以使用新的和更有效的方法来绘制复杂的模型了，仅需指定索引。
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```java
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public void init() throws Exception {
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renderer.init();
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float[] positions = new float[]{
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-0.5f, 0.5f, 0.0f,
|
||
-0.5f, -0.5f, 0.0f,
|
||
0.5f, -0.5f, 0.0f,
|
||
0.5f, 0.5f, 0.0f,
|
||
};
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int[] indices = new int[]{
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0, 1, 3, 3, 1, 2,
|
||
};
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||
mesh = new Mesh(positions, indices);
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||
}
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||
```
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||
现在给示例代码增加颜色吧。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。
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```java
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public Mesh(float[] positions, float[] colours, int[] indices) {
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||
```
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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。
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```java
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// 颜色 VBO
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colourVboId = glGenBuffers();
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FloatBuffer colourBuffer = memAllocFloat(colours.length);
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colourBuffer.put(colours).flip();
|
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glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, colourVboId);
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||
glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, colourBuffer, GL_STATIC_DRAW);
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||
memFree(colourBuffer);
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glVertexAttribPointer(1, 3, GL_FLOAT, false, 0, 0);
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||
```
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请注意`glVertexAttribPointer`方法的调用，第一个参数现在是“1”。这是着色器希望数据的位置。当然，因为增加了一个VBO，所以我们需要在`cleanUp`方法中释放它。
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下一步是修改着色器。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，因此这可以由片元着色器处理。
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```glsl
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#version 330
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layout (location=0) in vec3 position;
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layout (location=1) in vec3 inColour;
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out vec3 exColour;
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void main()
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{
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gl_Position = vec4(position, 1.0);
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exColour = inColour;
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}
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```
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||
现在，片元着色器输入由顶点着色器处理的颜色，并使用它来生成颜色。
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```glsl
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||
#version 330
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|
||
in vec3 exColour;
|
||
out vec4 fragColor;
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||
|
||
void main()
|
||
{
|
||
fragColor = vec4(exColour, 1.0);
|
||
}
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```
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最后要做的是修改渲染代码，使其使用第二个数据数组：
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```java
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public void render(Window window, Mesh mesh) {
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||
clear();
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||
if ( window.isResized() ) {
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||
glViewport(0, 0, window.getWidth(), window.getHeight());
|
||
window.setResized(false);
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||
}
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||
shaderProgram.bind();
|
||
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||
// Draw the mesh
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glBindVertexArray(mesh.getVaoId());
|
||
glEnableVertexAttribArray(0);
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||
glEnableVertexAttribArray(1);
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||
glDrawElements(GL_TRIANGLES, mesh.getVertexCount(), GL_UNSIGNED_INT, 0);
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||
// ...
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||
```
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||
你可以看到，在渲染过程中，我们需要启用位于位置1的VAO属性。现在可以把颜色传递给`Mesh`类，以便给正方形添加颜色。
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||
```java
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||
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,
|
||
};
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||
```
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然后会得到这样一个色彩鲜艳的正方形。
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