[WebGL入门]十八，利用索引缓存来画图

注：文章译自http://wgld.org/。原作者杉本雅広(doxas)，文章中假设有我的额外说明。我会加上［lufy：］。另外，鄙人webgl研究还不够深入，一些专业词语，假设翻译有误，欢迎大家指正。

本次的demo的执行结果

相应复杂的模型

上次，通过操作模型坐标变换矩阵，实现了多个模型的移动，旋转和放大缩小。可是。渲染的依旧是简单的三角形，是个构造及其简单的模型。
可是实际中，用WebGL来绘制一个简单的三角形的机会是非常少见的。至少是个四角多边形吧，一般会是更复杂的模型。
伴随着模型的复杂化，顶点的个数也会大幅度添加，越是精密圆滑的模型，所须要的顶点的量也会变的肥大化。javascript中倒是没有什么限制。也不是为了节省内存或者是节省代码量，直接绘制这些大量顶点数据也不是说不能够，可是尽可能的降低数据量这样的想法是程序猿本性。
在WebGL中，有一种方法能够防止顶点数据的肥大化，是使用索引缓存来管理顶点数据。索引缓存又叫IBO（index buffer objact）。是缓存的一种。并且。如今为止一直使用的相似的缓存还有VBO，IBO一般和VBO一起使用。

顶点的添加

像刚才说的一样，顶点添加的越多，管理的顶点数据就越庞大。可是，能够使用反复使用少量的顶点来形成多边形。

来看一下详细的样例吧。

多边形是由三角形组成的。比方一个矩形就是由两个三角形组成的。

那么，这时候须要几个顶点呢？
看刚才的图的话，须要四个顶点。而定义一个三角形须要三个顶点。两个多边形的话。按说是应该须要六个顶点的吧。
顶点的坐标情报是全然相同的。假设反复的顶点多次被定义的话，明显是浪费的。

所以。应该考虑顶点的反复利用。

反复的顶点的再利用，尽可能降低顶点数据，这时候顶点缓存就出现了。顶点缓存，是用来保存顶点的索引情报的。

像刚才的图一样，第一个多边形使用的是[ 1, 2, 3 ]这三个顶点，相同，第二个多边形使用的是[ 2, 3, 4 ]这三个顶点。
这样，绘制多边形的时候告诉WebGL使用哪些顶点的就是顶点索引，这次的四边形效果还不够明显，而越是巨大的复杂的模型，使用索引缓存的作用就会越大。
使用索引缓存，除了节省代码量之外，还有另外非常大的优点。

使用索引缓存的话，能够直接使用GPU的内存，不用每次画图都向GPU传递数据，这样速度会更快。

技能节省代码量，又实现快速化，所以没有理由不使用IBO。

IBO的生成

索引缓存的生成步骤。和顶点缓存相似，尽管有几个參数变化。可是基本上是相同的流程。
这次的demo新定义了一个create_ibo函数，来看一下代码吧。
>自己定义函数create_ibo

// IBO的生成函数
function create_ibo(data){
    // 生成缓存对象
    var ibo = gl.createBuffer();

    // 绑定缓存
    gl.bindBuffer(gl.ELEMENT_ARRAY_BUFFER, ibo);

    // 向缓存中写入数据
    gl.bufferData(gl.ELEMENT_ARRAY_BUFFER, new Int16Array(data), gl.STATIC_DRAW);

    // 将缓存的绑定无效化
    gl.bindBuffer(gl.ELEMENT_ARRAY_BUFFER, null);

    // 返回生成的IBO
    return ibo;
}

和生成VBO的时候一样。首先使用createBuffer函数来生成空的缓存对象，然后绑定缓存，bindBuffer函数的第一个參数是一个和VBO不一样的内置常量 gl.ELEMENT_ARRAY_BUFFER，指定这个常量生成的缓存就是IBO。

然后绑定缓存并写入数据。VBO的时候。传入的參数的是Float32Array型数据，可是索引缓存使用的不是浮点型小数，而是整数，所以这里使用的是Int16Array型数据。
这个自己定义函数create_ibo，传入的參数是一个数组，和生成VBO的函数create_vbo是一样的。

IBO所用的数组数据和VBO一样。都是预定义好的。
>索引数据的数组定义的样例

var index = [
    0, 1, 2,
    1, 2, 3
];

有四个顶点的时候，像上面写的一样。第一个三角形使用顶点[ 0, 1, 2 ]，第二个三角形使用顶点[ 1, 2, 3 ]来绘制的意思。顶点的索引是从0開始的，须要注意，数组是一维数组。

画图相关的变更点

了解了索引缓存的生成。接着看一下索引缓存的使用步骤。
使用IBO进行渲染，须要提前将IBO和WebGL进行绑定，用以下的代码能够实现。
>IBO绑定的代码

gl.bindBuffer(gl.ELEMENT_ARRAY_BUFFER, ibo);

传入刚才生成的IBO（变量ibo），这样就完毕了IBO的绑定。可是光是绑定IBO，是没办法进行画图的，还须要改动一下画图命令。

到如今为止，渲染多边形一直是使用drawArrays函数。为了使用IBO进行画图。须要使用drawElements函数。这个函数的使用样例例如以下。
>使用drawElements函数的画图命令举例

gl.drawElements(gl.TRIANGLES, index.length, gl.UNSIGNED_SHORT, 0);

这个drawElements函数有四个參数，第一个參数是表示渲染如何的顶点的常量。第二个參数是索引缓存的元素数，第三个參数是索引数据的数据大小，第四个參数是索引数据的起始索引offset。
比較难理解的是第二个參数。这里的话，传入保存索引数据的数组长度的话就能够了，其它的參数没什么特殊限制的话。不做改动就这么使用的话即可了。

总结

使用索引缓存IBO。既能够节约数据，又能够提高渲染顶点的效率，并且。模型越复杂影响越大，这是程序猿非常乐意看到的。

索引缓存和顶点缓存一样，能够使用纯粹的一维数组来生成。生成的IBO进行绑定后就能够使用了，利用IBO画图的时候使用drawElements函数是重点。
这次的demo。顶点着色器和片段着色器是没有不论什么变化的，所以，还使用曾经的HTML代码，javascript的内容多少有些变化，最后会给出完整代码，另外。文章最后会贴出本次demo的链接。能够參考一下。

下次，会介绍一下遮挡剔除和深度。

>script.js的完整代码

onload = function(){
    // canvas对象获取
    var c = document.getElementById('canvas');
    c.width = 500;
    c.height = 300;

    // webgl的context获取
    var gl = c.getContext('webgl') || c.getContext('experimental-webgl');

    // 顶点着色器和片段着色器的生成
    var v_shader = create_shader('vs');
    var f_shader = create_shader('fs');

    // 程序对象的生成和连接
    var prg = create_program(v_shader, f_shader);

    // attributeLocation的获取
    var attLocation = new Array(2);
    attLocation[0] = gl.getAttribLocation(prg, 'position');
    attLocation[1] = gl.getAttribLocation(prg, 'color');

    // 将元素数attribute保存到数组中
    var attStride = new Array(2);
    attStride[0] = 3;
    attStride[1] = 4;

    // 保存顶点的颜色情报的数组
    var position = [
         0.0,  1.0,  0.0,
         1.0,  0.0,  0.0,
        -1.0,  0.0,  0.0,
         0.0, -1.0,  0.0
    ];
	// 保存顶点的颜色情报的数组
    var color = [
        1.0, 0.0, 0.0, 1.0,
        0.0, 1.0, 0.0, 1.0,
        0.0, 0.0, 1.0, 1.0,
        1.0, 1.0, 1.0, 1.0
    ];

    // 保存顶点的索引的数组
    var index = [
        0, 1, 2,
        1, 2, 3
    ];

    // 生成VBO
    var pos_vbo = create_vbo(position);
    var col_vbo = create_vbo(color);

    // 将VBO进行绑定并加入
    set_attribute([pos_vbo, col_vbo], attLocation, attStride);

    // 生成IBO
    var ibo = create_ibo(index);

    // IBO进行绑定并加入
    gl.bindBuffer(gl.ELEMENT_ARRAY_BUFFER, ibo);

    // uniformLocationの取得
    var uniLocation = gl.getUniformLocation(prg, 'mvpMatrix');

    // 使用minMatrix.js对矩阵的相关处理
    // matIV对象生成
    var m = new matIV();

    // 各种矩阵的生成和初始化
    var mMatrix = m.identity(m.create());
    var vMatrix = m.identity(m.create());
    var pMatrix = m.identity(m.create());
    var tmpMatrix = m.identity(m.create());
    var mvpMatrix = m.identity(m.create());

    // 视图x投影坐标变换矩阵
    m.lookAt([0.0, 0.0, 5.0], [0, 0, 0], [0, 1, 0], vMatrix);
    m.perspective(45, c.width / c.height, 0.1, 100, pMatrix);
    m.multiply(pMatrix, vMatrix, tmpMatrix);

    // 定义计数器
    var count = 0;

    // 持续循环
    (function(){
        // canvasを初期化
        gl.clearColor(0.0, 0.0, 0.0, 1.0);
        gl.clearDepth(1.0);
        gl.clear(gl.COLOR_BUFFER_BIT | gl.DEPTH_BUFFER_BIT);

        // 计数器递增
        count++;

        // 使用计数器算出角度
        var rad = (count % 360) * Math.PI / 180;

        // 模型坐标变换矩阵的生成(沿着Y轴旋转)
        m.identity(mMatrix);
        m.rotate(mMatrix, rad, [0, 1, 0], mMatrix);
        m.multiply(tmpMatrix, mMatrix, mvpMatrix);
        gl.uniformMatrix4fv(uniLocation, false, mvpMatrix);

        // 使用索引进行画图
        gl.drawElements(gl.TRIANGLES, index.length, gl.UNSIGNED_SHORT, 0);

        // context刷新
        gl.flush();

        // 为了循环，进行递归处理
        setTimeout(arguments.callee, 1000 / 30);
    })();

    // 生成着色器的函数
    function create_shader(id){
        // 用来保存着色器的变量
        var shader;  

        // 依据id从HTML中获取指定的script标签
        var scriptElement = document.getElementById(id);  

        // 假设指定的script标签不存在，则返回
        if(!scriptElement){return;}  

        // 推断script标签的type属性
        switch(scriptElement.type){  

            // 顶点着色器的时候
            case 'x-shader/x-vertex':
                shader = gl.createShader(gl.VERTEX_SHADER);
                break;  

            // 片段着色器的时候
            case 'x-shader/x-fragment':
                shader = gl.createShader(gl.FRAGMENT_SHADER);
                break;
            default :
                return;
        }  

        // 将标签中的代码分配给生成的着色器
        gl.shaderSource(shader, scriptElement.text);  

        // 编译着色器
        gl.compileShader(shader);  

        // 推断一下着色器是否编译成功
        if(gl.getShaderParameter(shader, gl.COMPILE_STATUS)){  

            // 编译成功，则返回着色器
            return shader;
        }else{  

            // 编译失败，弹出错误消息
            alert(gl.getShaderInfoLog(shader));
        }
    }  

    // 程序对象的生成和着色器连接的函数
    function create_program(vs, fs){
        // 程序对象的生成
        var program = gl.createProgram();  

        // 向程序对象里分配着色器
        gl.attachShader(program, vs);
        gl.attachShader(program, fs);  

        // 将着色器连接
        gl.linkProgram(program);  

        // 推断着色器的连接是否成功
        if(gl.getProgramParameter(program, gl.LINK_STATUS)){  

            // 成功的话，将程序对象设置为有效
            gl.useProgram(program);  

            // 返回程序对象
            return program;
        }else{  

            // 假设失败，弹出错误信息
            alert(gl.getProgramInfoLog(program));
        }
    }  

    // 生成VBO的函数
    function create_vbo(data){
        // 生成缓存对象
        var vbo = gl.createBuffer();  

        // 绑定缓存
        gl.bindBuffer(gl.ARRAY_BUFFER, vbo);  

        // 向缓存中写入数据
        gl.bufferData(gl.ARRAY_BUFFER, new Float32Array(data), gl.STATIC_DRAW);  

        // 将绑定的缓存设为无效
        gl.bindBuffer(gl.ARRAY_BUFFER, null);  

        // 返回生成的VBO
        return vbo;
    }  

// 绑定VBO相关的函数
function set_attribute(vbo, attL, attS){
    // 处理从參数中得到的数组
    for(var i in vbo){
        // 绑定缓存
        gl.bindBuffer(gl.ARRAY_BUFFER, vbo[i]);  

        // 将attributeLocation设置为有效
        gl.enableVertexAttribArray(attL[i]);  

        //通知并加入attributeLocation
        gl.vertexAttribPointer(attL[i], attS[i], gl.FLOAT, false, 0, 0);
    }
}
    // IBO的生成函数
function create_ibo(data){
    // 生成缓存对象
    var ibo = gl.createBuffer();

    // 绑定缓存
    gl.bindBuffer(gl.ELEMENT_ARRAY_BUFFER, ibo);

    // 向缓存中写入数据
    gl.bufferData(gl.ELEMENT_ARRAY_BUFFER, new Int16Array(data), gl.STATIC_DRAW);

    // 将缓存的绑定无效化
    gl.bindBuffer(gl.ELEMENT_ARRAY_BUFFER, null);

    // 返回生成的IBO
    return ibo;
}

};

利用索引缓存（IBO）画图的demo

http://wgld.org/s/sample_006/

转载请注明：转自lufy_legend的博客http://blog.csdn.net/lufy_legend