本文介绍如何在OpenGL 4.5+环境下用最现代的方式渲染顶点。本文持续更新中。
前言
上一节我们讲了如何在Modern OpenGL下渲染矩形体，但其中用到的主要是OpenGL 3.x中内容。OpenGL 4.x增添了很多新内容，并且一部分3.x的内容得到改进。本节中会详细讲解新版和与旧版的区别与联系，并给出应用最新技术的例子。
1. 直接状态访问 DSA (Direct State Access)
OpenGL 4.5中给了我们DSA，可以在调用方法时直接传入要操作的OpenGL对象，而不再需要绑定操作，更加高效。与之对应的，所有glGen*方法均不再使用，因为这些方法只生成了一个对象（实质上是分配了一个ID），并没有定义这个对象的类型。在4.5以前，一个对象的定义发生在首次绑定时。例如：
- glGenTextures(1, &texture)生成一个纹理
- 第一次调用glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, texture)时，定义了该纹理是2D纹理。
从OpenGL 4.5起，由于不再需要绑定操作，所有创建OpenGL对象的操作都被glCreate*所替代，例如：
- glCreateTextures(GL_TEXTURE_2D, 1, &texture)，创建一个2D纹理。
如果依然使用glGen*而不进行首次绑定，则该OpenGL对象是无效对象，操作时会报出GL_INVALID_OPERATION错误。
2. 顶点数组对象 Vertex Array Object
Modern OpenGL渲染中必须使用VAO，它无处不在。VAO本身不存储任何顶点数据，它会保存我们要渲染时所需要的顶点的定义、规格与配置。一旦我们配置好了一个VAO，只要绑定它，就可以直接调用渲染函数，而不需要调用任何定义/配置类的函数。
创建一个VAO
GLuint vao_id;
glCreateVertexArrays(/* number */ 1, &vao_id);
3. 通用顶点属性 Generic Vertex Attribute
顶点属性是顶点着色器（Vertex Shader）的输入。在Modern OpenGL中，我们必须自己定义我们需要哪些顶点属性。每定义的一个属性，都可以叫做通用顶点属性。与之对应的，在传统固定管线中，顶点着色器存在内置顶点属性，但它们都已经废弃。所以我们说的顶点属性都是指通用顶点属性，它们的名字、类型都是完全自定义的。例如，我们的顶点着色器：
layout(location = 0) in vec2 a_Pos;
layout(location = 1) in vec4 a_Color;
smooth out ...
void main() {
...
顶点属性用in表示，location = 0显式指定了属性索引（attribute index）是0，location不一定连续。属性名在这种情况下仅在shader内使用。
4. 顶点缓冲绑定点 Vertex Buffer Binding Point
顶点缓冲绑定点是在一个VAO内共享的，我们可以将一种配置绑定到一个绑定点上，再将一个或多个顶点属性与之绑定，这样就可以随时切换顶点属性而不需要重新配置缓冲。也就是说，我们定义一个绑定点，和它如何从VBO中读取数据，这个定义信息会被存入VAO，关系图如下：
20210609183833.png
设置绑定点与VBO关系的函数为glVertexArrayVertexBuffer：
glVertexArrayVertexBuffer(GLuint vaobj, GLuint bindingindex, GLuint buffer, GLintptr offset, GLsizei stride)
- vaobj - 要操作的VAO
- bindingindex - 绑定点的索引，0起始
- buffer - 存储顶点数据的那个VBO
- offset - 第一个顶点属性的起始偏移量
- stride - 到下个顶点数据的跨度
比如：我们定义0号绑定点对应12个字节大小，然后我们的VBO创建为vbo_first，它的数据是每12个字节一组顶点属性，那么offset是0，stride为12。如果它第8到20字节，28到40字节以此类推，是我们需要的数据的话，那么offset是8（第一组数据是8开始），stride是20（8到28是20, 20到40是20）。剩下的一个个8字节（0到8,20到28...）也许是其他地方需要的数据。因为一个VBO可以存任何东西，VBO用一个还是多个，数据怎么存放，可自由设置。
5. 顶点属性格式 Vertex Attribute Format
重点来了，虽然我们在shader中定义了顶点属性，但OpenGL不知道我们是如何定义的，也就不知道怎么把数据传给shader的attribute，所以我们必须指定它们。
glVertexArrayAttribFormat(GLuint vaobj, GLuint attribindex, GLint size, GLenum type,
GLboolean normalized, GLuint relativeoffset);
第一个参数传入我们的VAO。attribindex传入属性索引，也就是顶点着色器中(location = 几)的几。
- size - 指定了该顶点属性的大小，不是字节数，是分量数！该值只能是1,2,3,4。例如 vec2，分量数是 2。
- type - 指定了VBO数据中对应此属性的类型。可选的值有 GL_BYTE, GL_UNSIGNED_BYTE, GL_SHORT, GL_UNSIGNED_SHORT, GL_INT, GL_UNSIGNED_INT, GL_HALF_FLOAT, GL_FLOAT, GL_DOUBLE, GL_FIXED, GL_INT_2_10_10_10_REV, GL_UNSIGNED_INT_2_10_10_10_REV 和 GL_UNSIGNED_INT_10F_11F_11F_REV。
- normalized - 指定了数据是否要被标准化。如果数据类型的符号型数值，则转换为[-1, 1]的浮点值，如果是无符号型数值，则转换为[0, 1]的浮点值。如果不标准化，则直接转换为浮点值。坐标不需要标准化，所以这里输入 GL_FALSE。
注意：上面的函数最终会把数据转成浮点型。如果使用 glVertexArrayAttribIFormat（多了一个I, Integer），则会转成整数类型，并且 type 只能 GL_BYTE, GL_UNSIGNED_BYTE, GL_SHORT, GL_UNSIGNED_SHORT, GL_INT 和 GL_UNSIGNED_INT。这个方法不含 normalized 参数。
此外还有一个relativeoffset参数，相对偏移量，也就是在绑定点中的偏移量，而不是VBO中的偏移量。我们刚刚定义了绑定点0占据12个字节，这样的话我们可以把之前的vec2 a_Pos和vec4 a_Color都绑定到这个绑定点上，如果我们的VBO是前8个字节是坐标，后4个字节是颜色，那么就分别调用：
glVertexArrayAttribFormat(vao_id, 0, 2, GL_FLOAT, false, 0);
// location = 1, vec4 (4个分量), 相对偏移量是8
glVertexArrayAttribFormat(vao_id, 1, 4, GL_UNSIGNED_BYTE, true, 8);
在VBO中存储后4个字节为RGBA颜色值，标准化到浮点型，因为unsigned int是0~255，所以转换时会除255得到shader中使用的颜色值。8是因为坐标2两个浮点值8字节，一个绑定点是12字节。
别忘了，glVertexArrayAttribFormat只定义了属性格式，要绑定到绑定点上，还需要调用glVertexArrayAttribBinding：
glVertexArrayAttribBinding(GLuint vaobj, GLuint attribindex, GLuint bindingindex);
第一个参数是VAO，第二个是属性索引，第三个是绑定点的索引。这里我们就需要把0和1号属性全都绑定到0号绑定点：
glVertexArrayAttribBinding(vao_id, 0, 0);
glVertexArrayAttribBinding(vao_id, 1, 0);
假设我们顶点着色器中还有2号和3号属性，也是vec2和vec4。那么只需最开始调用glVertexArrayAttribFormat，然后在需要切换的时候调用glVertexArrayAttribBinding切换绑定即可。你会发现，我们并没有重新配置绑定点，也就是怎么从VBO中读取。而且，我们从来没绑定过VBO，它只是作为参数传入。
6. 元素缓冲对象 Element Buffer Object
如果需要索引绘制（indexed drawing），我们还要将所使用的EBO配置进VAO：
glVertexArrayElementBuffer(vao_id, ebo_id);
这样一来，所有的配置都存进了VAO，由多个VBO存放顶点数据，只要绑定VAO即可渲染，渲染循环如下：
glBindVertexArray(vao_id);
glUseProgram(program);
glDrawElementsInstanced(...);
要更新顶点数据，只需在下一帧渲染开始前使用glNamedBufferSubData更新VBO即可。
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