OpenGL基础

一. 顶点数组对象（Vertex Array Object, VAO）

（1）什么是 VAO？

VAO 是一个状态对象，它记录了顶点属性配置的状态，比如：

• 使用哪个 VBO
• 每个 glVertexAttribPointer 是怎么设置的
• 哪些属性启用/禁用（glEnableVertexAttribArray）

VAO 是一个记录“顶点输入布局”的容器，保存你告诉 GPU 如何读取顶点数据的信息。

（2）为什么需要 VAO？

OpenGL 3.3 之后，VAO 是必需的。在早期版本中，OpenGL 会自动记录你的配置，但现代 OpenGL 强制你显式指定这些状态，这样可以：

• 避免错误
• 提高性能（因为切换 VAO 比重复配置更快）
• 实现更清晰的渲染流程

（3）VAO 的创建与使用

unsigned int VAO;
glGenVertexArrays(1, &VAO);        //生成VAO
glBindVertexArray(VAO);            //绑定VAO（激活）

//以下这段期间的配置会被VAO记录
glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, VBO);
glVertexAttribPointer(0, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, stride, (void*)0);
glEnableVertexAttribArray(0);     //启用顶点属性数组

//解绑 VAO（可选）
glBindVertexArray(0);

之后，只需要绑定这个 VAO，就可以直接渲染：

glBindVertexArray(VAO);
glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, 3);

（4）顶点属性（Input Vertex Attribute）

顶点属性是 GPU 渲染管线中，每个顶点附带的数据。例如：

属性名称	常见维度	类型	说明
Position	vec3 (x, y, z)	float	顶点坐标
Normal	vec3	float	法线方向
TexCoord	vec2	float	纹理坐标
Color	vec4	float 或 byte	顶点颜色

二. 顶点缓冲对象（Vertex Buffer Object, VBO）

（1）什么是 VBO？

VBO 是显存（GPU memory）中的一块缓冲区，用于存储顶点数据。

通俗来讲：VBO 就是“把顶点数据从 CPU 传到 GPU 的容器”。

这种数据可以包括：

• 顶点位置（vec3）
• 颜色（vec3 或 vec4）
• 法线（vec3）
• 纹理坐标（vec2）
• 自定义属性（如骨骼权重、实例索引等）

（2）为什么需要 VBO？

在旧的 OpenGL（如 immediate mode）中，数据是每帧用 glVertex3f() 之类的函数传输的，非常慢。

现代 OpenGL 把数据一次性上传到 GPU（VBO），GPU 可以直接访问，速度极快。

（3）如何使用 VBO？

创建VBO

unsigned int VBO;
glGenBuffers(1, &VBO); // 生成一个缓冲对象 ID

绑定VBO（告诉 OpenGL：我现在操作的是这个缓冲）

glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, VBO);

上传数据到GPU

glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(vertices), vertices, GL_STATIC_DRAW);

参数解释：

• GL_ARRAY_BUFFER：类型为顶点数据
• sizeof(vertices)：数据大小（单位是字节）
• vertices：CPU 端的原始数据
• GL_STATIC_DRAW：数据使用频率（静态绘制，通常不改动）

完整流程代码

float vertices[] = {
     0.5f,  0.5f, 0.0f,  // 顶点 1
    -0.5f,  0.5f, 0.0f,  // 顶点 2
    -0.5f, -0.5f, 0.0f   // 顶点 3
};

unsigned int VBO;
glGenBuffers(1, &VBO);                             // 创建
glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, VBO);                // 绑定
glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(vertices), vertices, GL_STATIC_DRAW); // 上传数据

三. VAO 和 VBO 的关系

项目	VBO（Vertex Buffer Object）	VAO（Vertex Array Object）
功能	存储顶点数据（如位置、颜色、法线）	存储“如何读取”这些数据的方式
作用对象	实际的 GPU 缓冲区数据	属性格式和状态（指针、启用等）
是否必须	是，数据载体	是，OpenGL 3.3+ 中必须先绑定 VAO 才能绘制
生命周期	一般只创建一个大型 VBO 可复用	每种绘制结构一般创建一个 VAO