如何使用 OpenGL 制作自定义顶点格式

Question

我正在使用 OpenTK 编写自己的引擎（基本上只是 C# 的 OpenGL 绑定，gl* 变为 GL.*），并且我将存储大量顶点缓冲区，每个缓冲区中有数千个顶点。因此我需要我自己的自定义顶点格式，因为带有浮点数的 Vec3 只会占用太多空间。 （我这里说的是数百万个顶点）

我想做的是用这个布局创建我自己的顶点格式：

Byte 0: Position X
Byte 1: Position Y
Byte 2: Position Z
Byte 3: Texture Coordinate X

Byte 4: Color R
Byte 5: Color G 
Byte 6: Color B
Byte 7: Texture Coordinate Y

这是顶点的 C# 代码：

public struct SmallBlockVertex
{
    public byte PositionX;
    public byte PositionY;
    public byte PositionZ;
    public byte TextureX;

    public byte ColorR;
    public byte ColorG;
    public byte ColorB;
    public byte TextureY;
}

一个字节作为每个轴的位置就足够了，因为我只需要 32^3 个唯一位置。

我已经编写了我自己的顶点着色器，它以两个 vec4 作为输入，为每组字节打开。 我的顶点着色器是这样的：

attribute vec4 pos_data;
attribute vec4 col_data;

uniform mat4 projection_mat;
uniform mat4 view_mat;
uniform mat4 world_mat;

void main() 
{
    vec4 position = pos_data * vec4(1.0, 1.0, 1.0, 0.0);

    gl_Position = projection_mat * view_mat * world_mat * position;
}

为了尝试找出问题所在，我让顶点着色器尽可能简单。 编译着色器的代码是用立即模式绘图测试的，它可以工作，所以不能这样。

这是我的函数，它生成、设置并用数据填充顶点缓冲区，并建立指向属性的指针。

    public void SetData<VertexType>(VertexType[] vertices, int vertexSize) where VertexType : struct
    {
        GL.GenVertexArrays(1, out ArrayID);
        GL.BindVertexArray(ArrayID);
        GL.GenBuffers(1, out ID);
        GL.BindBuffer(BufferTarget.ArrayBuffer, ID);

        GL.BufferData<VertexType>(BufferTarget.ArrayBuffer, (IntPtr)(vertices.Length * vertexSize), vertices, BufferUsageHint.StaticDraw);

        GL.VertexAttribPointer(Shaders.PositionDataID, 4, VertexAttribPointerType.UnsignedByte, false, 4, 0);
        GL.VertexAttribPointer(Shaders.ColorDataID, 4, VertexAttribPointerType.UnsignedByte, false, 4, 4);
    }

据我了解，这是正确的程序： 生成一个顶点数组对象并绑定它 生成一个顶点缓冲区并绑定它 用数据填充顶点缓冲区 设置属性指针

Shaders.*DataID 在编译和使用着色器后使用此代码设置。

PositionDataID = GL.GetAttribLocation(shaderProgram, "pos_data");
ColorDataID = GL.GetAttribLocation(shaderProgram, "col_data");

这是我的渲染函数：

void Render()
{
    GL.UseProgram(Shaders.ChunkShaderProgram);

    Matrix4 view = Constants.Engine_Physics.Player.ViewMatrix;
    GL.UniformMatrix4(Shaders.ViewMatrixID, false, ref view);

    //GL.Enable(EnableCap.DepthTest);
    //GL.Enable(EnableCap.CullFace);
    GL.EnableClientState(ArrayCap.VertexArray);
    {
            Matrix4 world = Matrix4.CreateTranslation(offset.Position);
            GL.UniformMatrix4(Shaders.WorldMatrixID, false, ref world);

            GL.BindVertexArray(ArrayID);
            GL.BindBuffer(OpenTK.Graphics.OpenGL.BufferTarget.ArrayBuffer, ID);

            GL.DrawArrays(OpenTK.Graphics.OpenGL.BeginMode.Quads, 0, Count / 4);
    }
    //GL.Disable(EnableCap.DepthTest);
    //GL.Disable(EnableCap.CullFace);
    GL.DisableClientState(ArrayCap.VertexArray);
    GL.Flush();
}

谁能给我一些指点（不是双关语）？我是按错误的顺序执行此操作还是需要调用某些函数？

我在整个网络上进行了搜索，但找不到一个很好的教程或指南来解释如何实现自定义顶点。 如果您需要更多信息，请说出来。

Answer 1

制作自己的顶点格式并不多。这一切都在glVertexAttribPointer 调用中完成。首先，您使用 4 作为 stride 参数，但是您的顶点结构是 8 个字节宽，所以从一个顶点的开始到下一个顶点有 8 个字节，所以 stride 必须是 8（当然，在两个调用中)。偏移量是正确的，但是您应该将颜色的归一化标志设置为 true，因为您肯定希望它们在 [0,1] 范围内（我不知道顶点位置是否也应该如此)。

接下来，在着色器中使用自定义顶点属性时，不要启用已弃用的固定函数数组（gl...ClienState 事物）。相反，您必须使用

GL.EnableVertexAttribArray(Shaders.PositionDataID);
GL.EnableVertexAttribArray(Shaders.ColorDataID);

以及相应的glDisableVertexAttribArray 调用。

count/4 在glDrawArrays 调用中是什么意思。请记住，最后一个参数指定顶点的数量而不是图元（在您的情况下为四边形）。但也许它是这样打算的。

除了这些真正的错误之外，您不应该使用必须自己在着色器中对其进行解码的复杂顶点格式。这就是glVertexAttribPointer 的步幅和偏移参数的用途。例如重新定义你的顶点数据：

public struct SmallBlockVertex
{
    public byte PositionX;
    public byte PositionY;
    public byte PositionZ;
    public byte ColorR;
    public byte ColorG;
    public byte ColorB;
    public byte TextureX;
    public byte TextureY;
}

然后你就可以使用

GL.VertexAttribPointer(Shaders.PositionDataID, 3, VertexAttribPointerType.UnsignedByte, false, 8, 0);
GL.VertexAttribPointer(Shaders.ColorDataID, 3, VertexAttribPointerType.UnsignedByte, true, 8, 3);
GL.VertexAttribPointer(Shaders.TexCoordDataID, 2, VertexAttribPointerType.UnsignedByte, true, 8, 6);

在你拥有的着色器中

attribute vec3 pos_data;
attribute vec3 col_data;
attribute vec2 tex_data;

而且您不必自己从位置和颜色中提取纹理坐标。

您应该真正考虑一下您的空间要求是否真的需要使用字节来表示顶点位置，因为这极大地限制了您的位置数据的精度。也许短裤或半精度浮点数会是一个很好的折衷方案。

而且在渲染方法中调用glBindBuffer 也是不必要的，因为这只需要glVertexAttribPointer 并保存在由glBindVertexArray 激活的VAO 中。您通常也不应该调用glFlush，因为无论如何这都是由操作系统在交换缓冲区时完成的（假设您使用双缓冲）。

最后但同样重要的是，请确保您的硬件也支持您正在使用的所有功能（如 VBO 和 VAO）。

编辑：实际上数组的启用标志也存储在VAO中，以便您可以调用

GL.EnableVertexAttribArray(Shaders.PositionDataID);
GL.EnableVertexAttribArray(Shaders.ColorDataID);

在 SetData 方法中（当然是在创建和绑定 VAO 之后），然后当您在渲染函数中通过 glBindVertexArray 绑定 VAO 时，它们会被启用。哦，我刚刚看到另一个错误。当您在渲染函数中绑定 VAO 时，属性数组的启用标志会被来自 VAO 的状态覆盖，并且由于您在创建 VAO 后没有启用它们，它们仍然处于禁用状态。所以你必须像说的那样做，在SetData 方法中启用数组。实际上，在您的情况下，您可能很幸运，当您在渲染函数中启用数组时，VAO 仍然绑定（因为您没有调用 glBindVertexArray(0)），但您不应该指望这一点。