顶点缓冲区

使用OpenGL画一个三角形，我们需要创建一个vertex buffer(顶点缓冲区)和一个shader(着色器)，vertex buffer本质上就是一个内存缓冲区，简单来说，就是一块用来存字节的内存，它是OpenGL中的内存缓冲区，存在于显卡上，在我们的VRAM中（VideoRAM，显存的一种形式，允许CPU、GPU同时访问）；着色器基本上就是一个在GPU上运行的程序，意思是它就是我们写的一堆代码，被传递给显卡，然后像别的程序一样进行编译，链接，然后运行，与其他程序的不同之处只在于它运行在GPU上，而不是像C++程序一样运行在CPU上。

(资料图)

画一个三角形的基本思想是这样的，首先我们用C++写的东西是在CPU上运行的，我们定义一些数据来表示三角形，把这些数据放到显卡的VRAM中，然后CPU发出DrawCall指令，这是一个绘制命令，它告诉显卡去读取显存中的这些数据，并且把它画在屏幕上，如何读取、解释这些数据以及如何把它画到屏幕上也是我们需要告诉显卡的，这就是着色器的作用。

我们要做的就是把之前这些顶点数据放进一个缓冲区，传到OpenGL的VRAM，然后发出一个DrawCall指令，所以我们先定义一个缓冲区：

创建了缓冲区后，我们要使用这个缓冲区，就要先绑定它：

下一步就是指定数据，先创建一个数组来储存顶点数据，这里可以简单地定义数组([]中空着)，也可以像这里一样更具体地定义，glBufferData()函数的第三个参数需要的指针就指向positons数组

这样我们就准备好了一个缓冲区，现在只要发出一个DrawCall指令，由两种方式：一个是glDrawArrays()函数，这是一个没有索引缓冲区时可以用的方法，现在我们还没有索引缓冲区，所以就用这个方法。另一个是glDrawElements()函数，这个是有索引缓冲区时使用的函数，

现在你可能注意到我们告诉了OpenGL要画一个三角形，从0开始，渲染3个点，但并没有指明要画的是哪个缓冲区里的数据，这是因为OpenGL是一个状态机，当我们创建了缓冲区buffer后，用glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, buffer)函数绑定了这个缓冲区，之后调用DrawCall指令，画的就是绑定的这个缓冲区，如果在绑定之前调用DrawCall指令或者绑定的是其他缓冲区，就会出现问题。

着色器

目前简单的来说，OpenGL为我们的显卡提供了我们想要画的三角形的数据，现在我们要用到一个着色器，它会在GPU上执行，去读取这些顶点数据，然后在屏幕上显示。着色器读取的数据是一大堆浮点数，这些浮点数用来表示每个顶点的位置，还包括坐标、纹理、法线等，但我们需要告诉OpenGL它们是如何布局的以及这些内存到底是什么东西，我们把这些布局方式定义在CPU里。

我们在这里需要了解vertex attributes(顶点属性)，顶点不只是位置，它是一个在几何上的点，它可以包含位置、纹理、坐标、法线、颜色等属性。

调用glVertexAttribPointer()前，需要先调用glEnableVertexAttribArray()，就像绑定缓存一样，这样一来，这两行代码就能告诉OpenGL我们的缓存数据的布局，此时不带任何着色器去运行，也能看到一个白色的三角形了，因为如果我们没有提供自己的着色器的话，GPU驱动会向我们提供默认的着色器。

我们想要给GPU编程，利用GPU的性能在屏幕上画出图形，但这并不意味着我们需要在GPU上做所有的事，有些东西在CPU上是更快的，某些情况可能只是发送结果数据给GPU，但过程是在CPU上运行的，但不可否认，有大量和图形有关的事情，GPU运行起来是更快的，这就是着色器派上用场的地方。现在如果我们着手写一个自己的着色器，我们要考虑到，即使只是画一个简单的三角形，我们仍然希望能告诉GPU如何去画这个三角形，比如顶点位置在哪，这个三角形的颜色应该是什么，应该怎么画等等，特别是当我们在一个更加复杂的3D场景时，光照是一个很典型的需要被考虑的例子，我们需要告诉GPU，我们发给它的这些数据要做什么，这就是着色器的本质。

对于大多数图形编程来说，要注意两种类型的着色器，Vertex Shader(顶点着色器)和fragment Shader(片段着色器)，片段着色器在有些地方也叫作Pixel Shader(像素着色器)，这两种着色器是目前为止最流行的两种，可能90%的时间都会用到，其它还有很多不同类型的着色器，我们暂时不去考虑那些。

现在我们讨论一下顶点着色器和片段着色器，我们粗略地说明图像渲染管线是如何工作的，我们在CPU上写了一大堆数据，把数据发给GPU，再绑定一些状态，就可以发出一个调用，最后就进入了着色阶段，确切地说，GPU此时开始处理调用并在屏幕上绘制一些东西，先是顶点着色器，再到片段着色器，然后就能够在屏幕上看到图形，这里顶点着色器做的就是获取每一个我们想要渲染的顶点，在这个例子里，我们有3个顶点，顶点着色器会调用3次，每个顶点各1次，目的就是告诉OpenGL我们想要那些顶点显示在显示器的哪里，或者说在窗口的哪里，总之顶点着色器指定了所有我们写在缓冲里面的顶点的位置，同时顶点着色器会带着每个顶点的属性，所有的这些属性我们可以在顶点着色器里访问到，glVertexAttribPointer()函数的第一个参数index与我们定义在顶点着色器里面的index是相符合的，我们可以通过这个格式访问顶点属性，在当前的例子，我们的顶点只有位置属性；下一个阶段就是片段着色器，片段着色器会为每个像素运行一次光栅化，我们的窗口实际上是由像素组成的，比如1920✖1080的显示屏，就可以简单的理解为屏幕上有1920✖1080个像素，画一个三角形实际上就是去充满一部分像素，这就是光栅化做的事情，片段着色器的基本目的就是决定像素的颜色应该是什么；现在我们发现，顶点着色器调用3次，片段着色器可能调用成百上千次，这取决于这个三角形在我们的屏幕上占用了多大空间，当涉及到性能优化时，片段着色器里面的东西往往花销更大，因为片段着色器是要给每个像素运行一次的，一个很好的例子，就是在光照下进行计算时，每个像素都会有一个颜色值，这个值由光照、环境、纹理、材质等所有东西共同决定的，而每个像素都需要由片段着色器去一个个计算清楚，这就是片段着色器需做的事情。有了顶点着色器和片段着色器，我们可以做出90%的图形程序，目前我们在游戏中看到的所有东西，都可能用这两个着色器完成了80%到90%，很多游戏引擎，会根据游戏中发生的事情，根据我们的设置，动态的生成着色器，这在游戏引擎中是十分常见的。最后需要提一下的是，着色器在OpenGL中的工作也是基于机器的状态，比如，我们实现了某个着色器，当我们想要使用这个着色器时，我们也会发送数据到这个着色器，就像我们在一个顶点缓冲调用前从CPU给GPU发送顶点数据一样。