WebGL交错缓冲区【Interleaved Buffer】

推荐：用 NSDT设计器 快速搭建可编程3D场景。

昨天我在 WebGL 沙箱项目的评论中收到 Jon 的一个问题：

嗨, 布兰登，以你的演示为起点，我尝试显示一个金字塔，但到目前为止我只能看到它的四个面之一。 如果我使用 gl.LINES 而不是 gl.TRIANGLES，那么我只能看到一个三角形。 我对将纹理坐标混合到 vertArray 中的方式也有点困惑。 您能解释一下这些坐标是如何在着色器中排序的吗？

老实说，我不知道我是否是世界上解释这一点的最佳人选，但我会尝试一下，因为关于此的特定于 WebGL 的信息似乎非常少。 为了简单起见，大多数教程更喜欢将数组分开，但这对于性能来说并不是最佳的。 这些概念的工作方式与 OpenGL 几乎相同，但很高兴看到它们在你正在使用的环境中使用。 它需要对通常不适用于 Javascript 的主题有一些基本的了解，例如计算字节，但是一旦掌握了它的窍门，它就不会太难。

首先要注意的是，WebGL API 不知道任何有关顶点、纹理坐标、法线或其他类似内容的信息。 它所知道的是数字列表。 它知道如何在图形内存中保存数字列表，并且知道如何告诉着色器开始渲染这些数字，但实际上仅此而已。 你是通过着色器代码和 gl.vertexAttribPointer() 告诉系统数字含义的人。

var values = [
    -1.0, -1.0, 0.0, // Vertex 1
    0.0, 1.0, 0.0, // Vertex 2
    1.0, -1.0, 0.0 // Vertex 3
];
           

你们以前可能都见过，对吧？ 这次要注意的是，除了注释和我们构建换行符的方式之外，没有任何东西可以分隔顶点。 该行可以准确地写成这样：

var values = [ -1.0, -1.0, 0.0, 0.0, 1.0, 0.0, 1.0, -1.0, 0.0 ];           

当然，现在对于我们人类来说阅读起来要困难得多，但是对于计算机来说却是完全一样的。 无论哪种情况，我们都将数据推送到顶点缓冲区中，如下所示：

var vertBuffer = gl.createBuffer();
gl.bindBuffer(gl.ARRAY_BUFFER, vertBuffer);
gl.bufferData(gl.ARRAY_BUFFER, new Float32Array(values), gl.STATIC_DRAW);           

请注意 Float32Array 位，我们稍后会讨论它。 不过，最终结果是 vertBuffer 现在指向显卡上某处的数字数组。 那么计算机如何知道如何解释这些看似随机的值呢？ gl.vertexAttribPointer！

在渲染之前，我们必须调用如下代码：

gl.bindBuffer(gl.ARRAY_BUFFER, vertBuffer);
gl.vertexAttribPointer(shader_attrib_position, 3, gl.FLOAT, false, 12, 0);           

这告诉系统它需要知道的关于如何读取顶点的一切（更准确地说，如何告诉着色器关于顶点的信息...）。 这里我们要注意 4 点： “3”告诉 WebGL 每个点由多少个值组成。 由于位置是由 x、y 和 z 坐标定义的，因此我们将其指定为“3”。 如果你在 WebGL 代码中进行 2D 渲染，可以轻松地在此处传递 2，并且可以根据情况给它 1 到 4 之间的任何值。 接下来，我们告诉它我们正在传递什么样的数字。 在本例中它们是浮点型，因此我们传入 gl.FLOAT。 还有 gl.BYTE 和 gl.SHORT （以及其他的，但我们不要把事情搞得太复杂）。 这告诉 WebGL 两件非常重要的事情：首先，如何将值暴露给着色器，其次每个值有多大。 现在这很重要，对于那些不熟悉字节打包的人来说，让我们快速回顾一下：

• gl.BYTE = 1 字节（显然！），可以保存从 -127 到 127 的值
• gl.SHORT = 2字节，取值范围-32767到32767
• gl.FLOAT = 4字节，一大堆的值范围。

在大多数情况下，除非你有一些非常具体的需求，否则你将希望坚持使用 gl.FLOAT。 这里使用 Float 也与我们在创建缓冲区时使用 Float32Array 一致。 如果我们要使用其他类型之一，你将需要使用不同的数组类型创建缓冲区。

重要的是，根据上面的 vertexAttribPointer 调用，我们传递了 3 个浮点数。 3 * 4 = 12，所以每个位置占用12个字节。 而且，嘿！ 我们在那次通话中也有 12！ 这称为Stride（步幅），它告诉系统每个顶点的起点相距多远（以字节为单位）。 如果我们的顶点包含的信息不仅仅是位置，这非常有用。 假设由于某种原因我们的顶点被这样定义：

var values = [
    -1.0, -1.0, 0.0, 999.0, // Vertex 1
    0.0, 1.0, 0.0, 999.0, // Vertex 2
    1.0, -1.0, 0.0, 999.0 // Vertex 3
];           

这些 999 可能代表顶点数据的其他部分，但它们与位置没有任何关系。 如果我们继续使用上面相同的 vertexAttribPointer 值，我们的顶点将如下所示：

[-1, -1, 0] [999, 0, 1] [0, 999, 1] [-1, 0, 999]           

我们可以轻松地“忽略”第四个值，从而返回到我们想要的顶点位置，如下所示：

gl.vertexAttribPointer(shader_attrib_position, 3, gl.FLOAT, false, 16, 0);           

请注意，我们仍然指示 WebGL 读取 3 个浮点，但步幅已更改为 16 以考虑第 4 个不需要的浮点（4 个值 * 每个值 4 个字节 = 16 个字节）。

最后，我们在末尾添加 0，它告诉 WebGL 开始读取数组中的值的深度。 这也是以字节为单位给出的，在本例中为 0，因为我们想从第一个值开始。 如果我们想从第二个数字开始，我们会这样做：

gl.vertexAttribPointer(shader_attrib_position, 3, gl.FLOAT, false, 16, 4);           

现在我们的顶点位置将如下所示：

[-1, 0, 999] [1, 0, 999] [-1, 0, 999]           

这对于将多个网格打包到单个缓冲区中非常有用，因为我们可以在任何点开始渲染，但它对于交错（Interleaved）数据也很有用。 “交错”意味着将多种类型的数据打包到一个数组中，例如位置和纹理坐标数据。 大多数教程会将它们显示为单独的数组，如下所示：

var pos = [1, 1, 1, 2, 2, 2, 3, 3, 3]; // (x, y, z), (x, y, z)...
var tex = [0, 1, 0, 1, 0, 1]; // (s, t), (s, t)...           

但将它们全部作为一个数组通常会更高效、更容易，如下所示：

var verts = [
    1, 1, 1, 0, 1, // (x, y, z), (s, t)...
    2, 2, 2, 0, 1,
    3, 3, 3, 0, 1,
];

var vertBuffer = gl.createBuffer();
gl.bindBuffer(gl.ARRAY_BUFFER, vertBuffer);
gl.bufferData(gl.ARRAY_BUFFER, new Float32Array(verts), gl.STATIC_DRAW);
           

当我们为此数组设置 vertexPointers 时，我们需要对 vertexAttribPointer 进行两次调用。

gl.bindBuffer(gl.ARRAY_BUFFER, vertBuffer);
gl.vertexAttribPointer(shader_attrib_position, 3, gl.FLOAT, false, 20, 0);
gl.vertexAttribPointer(shader_attrib_texcoord, 2, gl.FLOAT, false, 20, 12);           

让我们看看一下这意味着什么：第一个属性（顶点位置）由 3 个浮点组成，从字节 0 开始，间隔 20 个字节。第二个属性（顶点UV）由 2 个浮点组成，间隔 20 个字节，从字节开始 12 个（或 3 个浮点数）。 就是这样！ 一个缓冲区中有两种属性类型！ 我们可以根据需要（在合理范围内）对尽可能多的属性执行此操作。 包含位置、纹理坐标、法线、副法线和顶点权重的单个缓冲区并不罕见！

我真诚地希望这一切都是有意义的，而不仅仅是一堆图形胡言乱语。 我在这里根本没有讨论着色器方面的内容，但其他教程对此进行了很好的介绍。

原文链接：http://www.bimant.com/blog/webgl-interleaved-buffer/