OpenGL中基于顶点数组的优化显示处理.doc

顶 点 数 组-你想更快地绘制么？直接操作显卡吧！速度是3D程序中最重要的指标，你必须限制绘制的多边形的个数，或者提高显卡绘制多边形的效率。在实际的运用中，读者肯能会发现将频繁的操作大量的顶点或顶点数据，这时如果再直接用代码来描述如此复杂的模型显然是不现实的，为了解决这一问题，提高程序的运行速度，我们可以使用下面的方法：1、 生成所需要的模型数据，或者程序生成，或者从数据文件中载入。2、 将此数据存储在一个或者多个数组中（例如：可以将每个顶点的位置坐标存入一个数组，顶点的法线存入另一个数组，而颜色在存入其他的数组）3、 当需要数据的时候，就遍历这些数组，对数组中的每个元素执行相应的OpenGL命令。为了完成上面的操作，OpenGL提供了顶点数组函数，允许只用少数几个数组指定大量的顶点数据，并用差不多同样少的函数调用来访问这些数据。把数据放在顶点数组中可以提高应用程序的性能，是用顶点数组可以减少函数的调用次数，从而提高性能。另外，顶点数组还可以避免共享顶点的冗余处理（并不是所有的OpenGL实现都支持顶点共享）。注意：顶点数组是在OpenGL 1.1版中成为标准的，1.4版本增加了在顶点数组中存储雾坐标和辅助颜色的支持。是用顶点数组对几何图形进行渲染需要3个步骤：1、 激活（启用）最多8个数组，每个数组用于存储不同类型的数据：a) 顶点坐标，GL_VERTEX_ARRAYb) 表面法线，GL_NORMAL_ARRAYc) RGBA颜色，GL_COLOR_ARRAYd) 辅助颜色，GL_SECONDARY_COLOR_ARRAYe) 颜色索引，GL_INDEX_ARRAYf) 雾坐标，GL_FOG_COORDINATE_ARRAYg) 纹理坐标，GL_TEXTURE_COORD_ARRAYh) 多边形的边界标志，GL_EDGE_FLAG_ARRAY2、 把数据存放到数组中。数组是通过指向他们的内存位置的指针进行访问的。3、 用这些数据绘制集合图形。OpenGL通过对指针进行解引用，从所有被激活的数组中获取数据。一、 步骤1：启用数组启用数组的第一个步骤是调用void glEnableClientState(GLenum array)函数（使用一个枚举参数，本文前面介绍每种数组时已经列举出），激活被选择的数组。从理论上说，可能需要调用这个函数8次，以激活8个可用的数组。但实际上，能够同时激活的数组最有只有6个，因为不可能同时激活GL_COLOR_ARRAY(颜色数组)和GL_INDEX_ARRAY（颜色索引），程序的显示模式可能支持RGBA，也可能支持颜色索引模式，但是不能同时支持这两种模式如果在某一时刻，需要禁用某一数组，如需要关闭光照，则只需调用void glDisableClientState(GLenum array)函数即可，他可以接受和glEnableClientState()一样的符号常量。二、 步骤2：指定定点数组的数据在启用了将使用类型的顶点数组之后，下一步的工作就是向OpenGL提供要处理的数据了这就需要由我们自己创建数组并将所要用的数据存入其中，然后只需要将有关这些数组的信息通知OpenGL，就可以是用他们了。根据所要是用的数组的类型不同，完成此任务的相应函数也不相同。如下所示：void glColorPointer(Glint size, GLenum type, Glsizei stride, const GLvoid *array)此函数用于定义颜色数组。Size参数是每个颜色的分量的数目，其值应该是3或者4。Type参数是数组的数据类型其值可以为：GL_BUTE,GL_UNSIGNED_BYTE,GL_SHORT,GL_UNSIGNED_SHORT,GL_INT,GL_UNSIGNED_INT,GL_FLOAT或者GL_DOUBLE。stride参数是指两个连续颜色之间的字节数，如果颜色之间没有额外的字节，此参数的值应该为0。array参数则是指向存放数据数组的内存指针。void glEdgeFlagPointer(GLsizei stride, const GLvoid *array )此函数可指定边界数组用来存储多面形哪一条是边。stride参数是array数组中元素之间的字节数，而array则用于存储布尔类型的数值。void glNormalPointer(GLenum type, GLsizei stride, const GLvoid *array)此函数指定法线数组，其中每一个元素代表一个单独坐标，因此此数组中的每三个元素组成一个单独的法向量，来对应所要使用的每一个顶点。type参数是坐标值的数据类型，其值可以为GL_BYTE,GL_SHORT,GL_INT,GL_FLOAT,GL_DOUBLE。void glTexCoordPointer(Glint size, GLenum type, GLsizei stride, const GLvoid *array)此函数定义纹理数组，其存储了一个顶点的纹理坐标。size参数是指每一顶点的坐标数，其值只能是1，2，3，4。type参数是每个坐标的数据类型，可以为：GL_SHORT,GL_INT,GL_FLOAT或者GL_DOUBLE。void glVertexPointer(Glint size, GLenum type, GLsizei stride, const GLvoid *array)此函数定义顶点坐标数组，其存储每个顶点的位置数据。size参数是每个顶点的坐标数，他必须是2，3，4。type参数则是坐标的数据类型，其值应该为：GL_SHORT,GL_INT,GL_FLOAT,GL_DOUBLE。void glIndexPointer(GLenum type, GLsizei stride, const GLvoid *array)此函数定义在调色板显示模式下存储颜色索引。type参数是数组array的数据类型，其值可为：GL_SHORT,GL_INT,GL_FLOAT,GL_DOUBLE。void glSecondaryColorPointer(Glint size, GLenum type, GLsizei stride, const GLvoid *array)此函数定义辅助颜色数据，参数同glColorPointer函数。void glFogCoordPointer( GLenum type, GLsizei stride, const GLvoid *array)此函数用来定义雾坐标，type取值为：GL_FLOAT,GL_DOUBLE。三、 步骤3：解引用和渲染在为每一类数据指定了OpenGL中相应的数组之后，就可以开始访问其数据，从而进行绘制。下面的几个函数用于完成这项工作：1、 void glDrawArrays(GLenum mode ,Glint frist, GLsizei count)当此函数被调用时，OpenGL将会遍历当前所有被启用的数组，并随之进行图元的绘制。其中mode参数与传递给glBegin()函数的参数所起的功能基本相同：他指定了这些顶点数据应该被用于创建哪一类图元。其有效值为：GL_POINTS,GL_LINE_STRIP,GL_LINT_LOOP,GL_INES,GL_TRIANGLE_STRIP,GL_TRIANGLE_FAN,GL_TRIANGLES,GL_QUAD_STRIP,GL_QUADS,GL_POLYGON。first参数用于指定遍历的起始索引，而count则指定所要处理的数目。2、 void glDrawElements(GLenum mode,GLsizei count, GLenum type ,const GLvoid *indices)此函数与glDrawArray函数功能基本相同，但是更加强大，glDrawArray函数只能顺序遍历数组，而此函数可以按任意次序遍历。前两个参数与glDrawArray相同，type指定indices参数的类型，其值可以为：GL_UNSIGNED_BYTE,GL_UNSIGNED_SHORT,GL_UNSIGNED_INT，而indices参数指向一个存储着所要绘制顶点的索引的数组。3、 void glDrawRangeElements(GLenum mode ,GLuint start, GLuint end, GLsizei count, GLenum type, const GLvoid *indices)此函数是OpenGL 1.2中新引进的，使用上与glDrawElements函数相似。其主要不同在于他可以定义一个数组的使用范围，系统将此范围内的数据移到缓存中加速执行。范围由start 和end参数确定。4、 void glArrayElement(Glint index)index是你想要绘制的顶点。（注意，此函数比第二个函数少了一个s）一个例子：高程地形的绘制一、 数据结构：int *g_indexarray;/顶点索引数组float (*g_colorarray)3;/颜色数组float (*g_terrain)3;/高程地形数据float (*g_texcoordarray)2;/纹理坐标数组float (*g_normalarray)3;/法线数组（注：如何从文件中加载高程数据和纹理信息等操作不属于本文讨论范畴，读者可以自行查阅资料，我们假设所有需要的数据已经加载到以上数组中）。二、 顶点数组+三角面片的绘制方法：a) 三角面片原理图23145在OpenGL的三角面片绘制方法中，我们按逆时针顺序声明三个顶点(保证贴图的时候正面向上)，系统便会将这三个点渲染成一个三角形，在我们声明第四个点的时候，系统会将其和上两个点结合起来生成第二个三角形，以此类推。（如图所示）在进行渲染的时候，我们可以声明一个索引数组（g_indexarray）用来按顺序存放所需渲染顶点的编号信息，如g_indexarray0存放着点1位于顶点数组中的位置：max_x(一行的点数)+0,g_indexarray1存放着点2的位置：0，以此类推。b) 实现方法g_indexarray =new longh.max_x *h.max_y*6 ;g_terrain=new floath.max_x *h.max_y 3;g_texcoordarray =new float h.max_x *h.max_y2;g_colorarray =new floath.max_x *h.max_y3;g_normalarray =new floath.max_x *h.max_y3;/计算高程点的坐标信息、纹理信息、颜色信息、法线信息for (i=0;ih.max_y ;i+)for(j=0;jh.max_x ;j+)tmp=i*h.max_x +j;g_terraintmp0=i*scale_y ;g_terraintmp1=heighttmp;g_terraintmp2=j*scale_x;g_colorarraytmp0=g_colorarraytmp1=g_colorarraytmp2=heighttmp/h.max_z_height +0.3;g_texcoordarraytmp0=(float)j/h.max_x ;g_texcoordarray tmp1=(float)i/h.max_y ;SetNormal(i,j,g_normalarray tmp);/生成顶点索引for (i=0;ih.max_y ;i+)for(j=0;jh.max_x;j+)tmp=i*h.max_x +j;g_indexarrayindex+=tmp+h.max_x ;g_indexarrayindex+=tmp ;/启用顶点数组glEnableClientState(GL_VERTEX_ARRAY);glEnableClientState(GL_COLOR_ARRAY);glEnableClientState(GL_TEXTURE_COORD_ARRAY);glEnableClientState(GL_NORMAL_ARRAY);/绑定顶点数组glVertexPointer(3,GL_FLOAT,0,g_terrain);glColorPointer(3,GL_FLOAT,0,g_colorarray);glTexCoordPointer(2,GL_FLOAT,0,g_texcoordarray);glNormalPointer(GL_FLOAT,0,