3D Computer Grapihcs Using OpenGL - 16 使用DrawElementsInstanced绘制立方体

我们使用15节学到的知识来绘制14节的立方体。

在第14节我们使用了两次glDrawElements实现了OpenGL实例化，发现这样仍然不太方便，如果需要绘制成千上万的立方体，就需要手写成千上万次的glDrawElements().

而15节我们知道了glDrawElementsInstanced函数可以支持批量绘制。

我们需要绘制的多个立方体唯一不同的只是转换矩阵，为了达到这个目的，我们只需要定义一组不同的变换矩阵，采用glDrawElementsInstanced即可达到目的。

构建矩阵的更简便写法

在进行之前，先介绍一个创建平移和旋转矩阵的更简单的写法：

我们此前构建平移和旋转矩阵都是使用如下的语法：

glm::translate(glm::mat4(), glm::vec3(0.0f,0.0f,3.0f)); //平移矩阵
 
glm::rotate(glm::mat4(), 125.0f, glm::vec3(1.0f, 0.0f,0.0f)); //旋转矩阵

发现第一个参数都需要一个矩阵，这个写法不利于我们本节的实践。

有一个简化的方法：

引入头文件<glm\gtx\transform.hpp>

然后上述两个矩阵的构建都可以省略掉第一个参数。

glm::translate(glm::vec3(0.0f,0.0f,3.0f)); //平移矩阵
 
glm::rotate(125.0f, glm::vec3(1.0f, 0.0f,0.0f)); //旋转矩阵

准备数据

先从修改sendDataToOpenGL()函数开始修改：

 void MyGlWindow::sendDataToOpenGL()
 {
 
     ShapeData shape = ShapeGenerator::makeCube();
 
     GLuint vertexBufferID;
     glGenBuffers(, &vertexBufferID);
     glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, vertexBufferID);
     glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, shape.vertexBufferSize(), shape.vertices, GL_STATIC_DRAW);
 
     glEnableVertexAttribArray();
     glVertexAttribPointer(, , GL_FLOAT, GL_FALSE, sizeof(GLfloat) * , );
 
     GLuint indexBufferID;
     glGenBuffers(, &indexBufferID);
     glBindBuffer(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, indexBufferID);
     glBufferData(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, shape.indexBufferSize(), shape.indices, GL_STATIC_DRAW);
 
     glEnableVertexAttribArray();
     glVertexAttribPointer(, , GL_FLOAT, GL_FALSE, sizeof(GLfloat) * , (char*)(sizeof(GLfloat) * ));
 
     numIndices = shape.numIndices;
     shape.cleanUp();
 
     //instancing
     glm::mat4 projectionMatrix = glm::perspective(30.0f, ((float)width()) / height(), 0.1f, 10.0f);
 
     glm::mat4 fullTransforms[] =
     {
         projectionMatrix * glm::translate(glm::vec3(0.0f, 0.0f, -3.0f)) * glm::rotate(54.0f,glm::vec3(1.0f, 0.0f, 0.0f)),
         projectionMatrix * glm::translate(glm::vec3(2.0f, 0.0f, -4.0f)) * glm::rotate(126.0f, glm::vec3(0.0f, 1.0f, 0.0f))
     };
 
     GLuint transformMatrixBufferID;
     glGenBuffers(, &transformMatrixBufferID);
     glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, transformMatrixBufferID);
     glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(fullTransforms), fullTransforms, GL_STATIC_DRAW);
     glVertexAttribPointer(, , GL_FLOAT, GL_FALSE, sizeof(glm::mat4), (void*)(sizeof(float) * ));
     glVertexAttribPointer(, , GL_FLOAT, GL_FALSE, sizeof(glm::mat4), (void*)(sizeof(float) * ));
     glVertexAttribPointer(, , GL_FLOAT, GL_FALSE, sizeof(glm::mat4), (void*)(sizeof(float) * ));
     glVertexAttribPointer(, , GL_FLOAT, GL_FALSE, sizeof(glm::mat4), (void*)(sizeof(float) * ));
     glEnableVertexAttribArray();
     glEnableVertexAttribArray();
     glEnableVertexAttribArray();
     glEnableVertexAttribArray();
     glVertexAttribDivisor(, );
     glVertexAttribDivisor(, );
     glVertexAttribDivisor(, );
     glVertexAttribDivisor(, );
 }

从27行起是新增内容，27行定义了一个projectionMatrix。

29-33行定义了一个“变换矩阵数组”，包含两个元素。它们的形式都是 projectionMatrix * translationMatrix * rotationMatrix。注意这里的tranlationMatrix和rotationMatrix都使用了前面介绍的简化方法去定义。

37行再次绑定transformMatrixBuffer到GL_ARRAY_BUFFER上，可能会有疑问：之前给GL_ARRAY_BUFFER绑定了Vertex Buffer（8行），这里又绑定其他的东西，会把之前绑定的数据破坏掉吗？

答案是不会，只要在这之前使用了glAttribPointer函数（12行），之前绑定的数据就是安全的。

39-50行和上节学习的内容是相似的，但是这里用到了4组命令，原因是一个mat4要被当做四个float对待。

还要修改paintGL()：

 void MyGlWindow::paintGL()
 {
     glClear(GL_DEPTH_BUFFER_BIT | GL_COLOR_BUFFER_BIT);
     glViewport(, , width(), height());
     glDrawElementsInstanced(GL_TRIANGLES, numIndices, GL_UNSIGNED_SHORT, , );
 }

我们看到14节中paintGL()中的很多代码都不见了，原因是这些工作都在sendDataToOpenGL()中准备了。这里只需要使用一个glDrawElementsInstanced函数去进行批量绘制即可。

再看修改后的VertexShader:

 #version                            
 
 in layout(location=) vec3 position;
 in layout(location=) vec3 color;
 in layout(location=) mat4 fullTransformMatrix;                                   
 
 out vec3 passingColor;
 
 void main()
 {
   gl_Position = fullTransformMatrix * vec4(position,);
   passingColor= color;
 }

第五行虽然只有一个location=2，但是对应的sendDataToOpenGL()中却有2,3,4,5 四个通道，原因是我们也要把这里的mat4当做四个float对待，可以想象成这样的情景：

 in layout(location=) vec4 fullTransformMatrix_part1;
 in layout(location=) vec4 fullTransformMatrix_part2;
 in layout(location=) vec4 fullTransformMatrix_part3;
 in layout(location=) vec4 fullTransformMatrix_part4;    

编译运行后得到的结果和第14节是一样的。

这样做的好处是扩展起来非常容易，例如我们需要再多绘制几个立方体，只需要向sendDataToOpenGL（）函数中的fullTransforms数组中增加元素，并修改paintLG()函数中第5行的最后一个参数即可。