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六、OpenGL中EBO的使用及本质

news 2025/3/13 14:14:23

文章目录

- 一、什么是顶点索引
- 二、什么是EBO
- 三、EBO使用的完整代码

一、什么是顶点索引

OpenGL 中，顶点索引（Vertex Index）用于减少重复的顶点数据，提高绘制效率。其核心概念涉及索引缓冲对象（Index Buffer Object，IBO 或 EBO），用于存储顶点的索引信息。

为什么需要顶点索引？
在 3D 渲染中，一个物体的多个三角形可能会共享相同的顶点。例如，正方形由两个三角形构成；如果使用 GL_TRIANGLES 绘制，需要 6 个顶点：

float vertices[] = {// 位置-0.5f,  0.5f, 0.0f,  // 顶点 00.5f,  0.5f, 0.0f,  // 顶点 1-0.5f, -0.5f, 0.0f,  // 顶点 20.5f, -0.5f, 0.0f   // 顶点 3
};unsigned int indices[] = {0, 1, 2,  // 第一个三角形1, 3, 2   // 第二个三角形
};

这里，顶点 1 和 2 在两个三角形中都出现了，但实际位置相同。如果不使用索引，每个三角形必须重新定义所有顶点，会导致数据冗余。

二、什么是EBO

在OpenGL中，EBO（Element Buffer Object，元素缓冲对象）是一种用于存储顶点索引数据的缓冲对象。它允许你通过索引来引用顶点数组中的顶点，从而避免重复存储相同的顶点数据，提高渲染效率。

1. EBO的作用的作用
EBO存储的是顶点的索引（Indices），而不是顶点数据本身。通过索引，你可以指定绘制时顶点的使用顺序。例如，绘制一个矩形时，只需要4个顶点，但需要2个三角形（6个顶点索引）来描述。使用EBO可以避免重复存储顶点数据。

示例：绘制一个矩形

矩形由两个三角形组成。
需要 6 个顶点来绘制 2 个三角形。

如果使用 GL_TRIANGLES 直接绘制：

float vertices[] = {-0.5f,  0.5f, 0.0f,  // 顶点 00.5f,  0.5f, 0.0f,  // 顶点 1-0.5f, -0.5f, 0.0f,  // 顶点 20.5f, -0.5f, 0.0f   // 顶点 3
};// 每个三角形需要 3 个顶点，总共 6 个顶点：
float noEBO_vertices[] = {-0.5f,  0.5f, 0.0f,  // 三角形 1，顶点 00.5f,  0.5f, 0.0f,  // 三角形 1，顶点 1-0.5f, -0.5f, 0.0f,  // 三角形 1，顶点 20.5f,  0.5f, 0.0f,  // 三角形 2，顶点 10.5f, -0.5f, 0.0f,  // 三角形 2，顶点 3-0.5f, -0.5f, 0.0f   // 三角形 2，顶点 2
};

可以看到顶点 1 和 2 被重复存储，造成数据冗余。

如何使用 EBO可以只存储 4 个顶点，并使用索引数组来定义三角形：

unsigned int indices[] = {0, 1, 2,  // 第一个三角形1, 3, 2   // 第二个三角形
};

2. EBO的工作原理

顶点数据存储在VBO（Vertex Buffer Object，顶点缓冲对象）中。
索引数据存储在EBO中。
绘制时，OpenGL根据EBO中的索引从VBO中获取顶点数据。

3.EBO的使用步骤

生成EBO：使用glGenBuffers生成一个缓冲对象。
绑定EBO：使用glBindBuffer将EBO绑定到GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER目标。
填充数据：使用glBufferData将索引数据上传到EBO。
绘制：使用glDrawElements根据EBO中的索引绘制图形。

以下是一个使用EBO的简单示例：

// 顶点数据
GLfloat vertices[] = {// 位置             // 颜色0.5f,  0.5f, 0.0f, 1.0f, 0.0f, 0.0f, // 右上角0.5f, -0.5f, 0.0f, 0.0f, 1.0f, 0.0f, // 右下角-0.5f, -0.5f, 0.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f, // 左下角-0.5f,  0.5f, 0.0f, 1.0f, 1.0f, 0.0f  // 左上角
};// 索引数据
GLuint indices[] = {0, 1, 3, // 第一个三角形1, 2, 3  // 第二个三角形
};// 生成并绑定VAO
GLuint VAO;
glGenVertexArrays(1, &VAO);
glBindVertexArray(VAO);// 生成并绑定VBO
GLuint VBO;
glGenBuffers(1, &VBO);
glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, VBO);
glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(vertices), vertices, GL_STATIC_DRAW);// 生成并绑定EBO
GLuint EBO;
glGenBuffers(1, &EBO);
glBindBuffer(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, EBO);
glBufferData(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, sizeof(indices), indices, GL_STATIC_DRAW);// 设置顶点属性指针
glVertexAttribPointer(0, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 6 * sizeof(GLfloat), (GLvoid*)0);
glEnableVertexAttribArray(0);
glVertexAttribPointer(1, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 6 * sizeof(GLfloat), (GLvoid*)(3 * sizeof(GLfloat)));
glEnableVertexAttribArray(1);// 解绑VAO
glBindVertexArray(0);// 绘制图形
glBindVertexArray(VAO);
glDrawElements(GL_TRIANGLES, 6, GL_UNSIGNED_INT, 0);
glBindVertexArray(0);

三、EBO使用的完整代码

#include <iostream>
#include <string>
#include <fstream>
#include <sstream>
#include "glad/glad.h"
#include "GLFW/glfw3.h"GLuint VBO = 0;
GLuint VAO = 0;
GLuint shaderProgram = 0;void framebuffer_size_callback(GLFWwindow* window, int width, int height) {glViewport(0, 0, width, height);
}void processInput(GLFWwindow* window) {if (glfwGetKey(window, GLFW_KEY_ESCAPE) == GLFW_PRESS) {glfwSetWindowShouldClose(window, true);}
}void rend() {glUseProgram(shaderProgram);glBindVertexArray(VAO);//glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, 3);glDrawElements(GL_TRIANGLES, 6, GL_UNSIGNED_INT, 0);glBindVertexArray(0);glUseProgram(0);
}void initModel() {GLfloat vertices[] = {// 位置(x, y, z)     颜色(r, g, b)0.5f, 0.5f, 0.0f, 1.0f, 0.0f, 0.0f, 0.5f, -0.5f, 0.0f, 0.0f, 1.0f, 0.0f, -0.5f, -0.5f, 0.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f, -0.5f, 0.5f, 0.0f, 0.0f, 0.1f, 1.0f,};GLuint indices[] ={0, 1, 3,1, 2, 3};glGenVertexArrays(1, &VAO);glBindVertexArray(VAO);GLuint EBO = 0;glGenBuffers(1, &EBO);glBindBuffer(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, EBO);glBufferData(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, sizeof(indices), indices, GL_STATIC_DRAW);glGenBuffers(1, &VBO); //获取vbo的indexglBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, VBO); //绑定vbo的index，给vbo分配显存空间，传输数据//告诉shader数据解析格式glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(vertices), vertices, GL_STATIC_DRAW); glVertexAttribPointer(0, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 6 * sizeof(float), (void*)0); //顶点位置信息glVertexAttribPointer(1, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 6 * sizeof(float), (void*)(sizeof(float)*3)); //顶点颜色信息glEnableVertexAttribArray(0); //启用顶点位置锚点glEnableVertexAttribArray(1); //启用顶点颜色锚点glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, 0);glBindVertexArray(0);
}void initShader(const char* _vertexPath, const char* _fragmPath) {std::string _vertexCode("");std::string _fragCode("");std::ifstream _vShaderFile;std::ifstream _fShaderFile;_vShaderFile.exceptions(std::ifstream::failbit | std::ifstream::badbit);_fShaderFile.exceptions(std::ifstream::failbit | std::ifstream::badbit);try {_vShaderFile.open(_vertexPath);_fShaderFile.open(_fragmPath);std::stringstream _vShaderStream, _fShaderStream;_vShaderStream << _vShaderFile.rdbuf();_fShaderStream << _fShaderFile.rdbuf();_vertexCode = _vShaderStream.str();_fragCode = _fShaderStream.str();} catch (const std::exception&) {std::string errStr = "read shader fail";std::cout << errStr << std::endl;}const char* _vShaderStr = _vertexCode.c_str();const char* _fShaderStr = _fragCode.c_str();//shader的编译链接unsigned int _vertexID = 0, _fragID = 0;char _inforLog[512] = { 0 };int _successFlag = 0;//编译_vertexID = glCreateShader(GL_VERTEX_SHADER);glShaderSource(_vertexID, 1, &_vShaderStr, NULL);glCompileShader(_vertexID);glGetShaderiv(_vertexID, GL_COMPILE_STATUS, &_successFlag);if (_successFlag) {glGetShaderInfoLog(_vertexID, 512, NULL, _inforLog);std::string errstr(_inforLog);std::cout << _inforLog << std::endl;}_fragID = glCreateShader(GL_FRAGMENT_SHADER);glShaderSource(_fragID, 1, &_fShaderStr, NULL);glCompileShader(_fragID);glGetShaderiv(_fragID, GL_COMPILE_STATUS, &_successFlag);if (_successFlag) {glGetShaderInfoLog(_vertexID, 512, NULL, _inforLog);std::string errstr(_inforLog);std::cout << _inforLog << std::endl;}//链接shaderProgram = glCreateProgram();glAttachShader(shaderProgram, _vertexID);glAttachShader(shaderProgram, _fragID);glLinkProgram(shaderProgram);glGetProgramiv(shaderProgram, GL_LINK_STATUS, &_successFlag);if (!_successFlag) {glGetProgramInfoLog(shaderProgram, 512, NULL, _inforLog);std::string errStr(_inforLog);std::cout << _inforLog << std::endl;}glDeleteShader(_vertexID);glDeleteShader(_fragID);
}int main() {glfwInit();glfwWindowHint(GLFW_CONTEXT_VERSION_MAJOR, 3);glfwWindowHint(GLFW_CONTEXT_VERSION_MINOR, 3);glfwWindowHint(GLFW_OPENGL_PROFILE, GLFW_OPENGL_CORE_PROFILE);GLFWwindow* window = glfwCreateWindow(800, 600, "OPenGL Core", NULL, NULL);if (window == NULL) {std::cout << "Failed to create GLFW window" << std::endl;glfwTerminate();return -1;}glfwMakeContextCurrent(window);if (!gladLoadGLLoader((GLADloadproc)glfwGetProcAddress)) {std::cout << "Failed to initialize GLAD" << std::endl;return -1;}glViewport(0, 0, 800, 600);glfwSetFramebufferSizeCallback(window, framebuffer_size_callback);initModel();initShader("vertex_shader.vert", "fragment_shader.frag");while (!glfwWindowShouldClose(window)) {processInput(window);glClearColor(0.2f, 0.3f, 0.3f, 1.0f);glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);rend();glfwSwapBuffers(window);glfwPollEvents();}// 删除 VAO 和 VBOglDeleteVertexArrays(1, &VAO);glDeleteBuffers(1, &VBO);// 清理glfwTerminate();return 0;
}