前言
Application.cpp中，设置一组顶点到OpenGL的 ArrayBuffer：
float vertices[3 * 3] = {
-0.5f, -0.5, 0.0,
0.5f, -0.5f, 0.0f,
0.0f, 0.5f, 0.0f
};
m_VertexBuffer.reset(VertexBuffer::Create(vertices, sizeof(vertices)));
glEnableVertexAttribArray(0);
glVertexAttribPointer(0, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 3*sizeof(float), nullptr);
现在只有一种顶点属性，即由3个float组成的position(坐标)，如果再加上color(颜色)、normal(法线)，glEnableVertexAttribArray和glVertexAttribPointer函数就会重复调用。
软件设计中，有重复代码的地方，就是坏味道，应该条件反射的想到抽象，提取相同代码。
本章节通过BufferLayout类，减少glEnableVertexAttribArray和glVertexAttribPointer的重复调用。
从Application倒推BufferLayout设计
为了更好的理解BufferLayout的设计，我们从Application调用的地方出发，从需求倒推BufferLayout应该提供什么样的接口。
先来看看glVertexAttribPointer函数的各个参数的意义：
我们需要将这些参数封装起来，不要写死，有多个顶点属性时，在for循环里设置。
uint32_t index = 0;
const auto& layout = m_VertexBuffer->GetLayout();
for (const auto& element : layout) {
glEnableVertexAttribArray(index);
glVertexAttribPointer(index,
element.GetComponentCount(),
ShaderDataTypeToOpenGLBaseType(element.Type),
element.Normallized ? GL_TRUE : GL_FALSE,
layout.GetStride(),
(const void*)element.Offset);
index++;
}
设计BufferLayout数据结构
VertexBuffer中增加BufferLayout字段，BufferLayout里面放置一个BufferElement的列表。
重点看BufferElement的实现，要针对每种类型的数据定义数据size： Sandbox/Hazel/src/Hazel/Renderer/Buffer.h
enum class ShaderDataType {
None = 0, Float, Float2, Float3, Float4, Mat3, Mat4, Int, Int2, Int3, Int4, Bool
};
/**ShaderDataTypeSize：用于计算偏移*/
static uint32_t ShaderDataTypeSize(ShaderDataType type) {
switch (type) {
case ShaderDataType::Float: return 4;
case ShaderDataType::Float2: return 4 * 2;
case ShaderDataType::Float3: return 4 * 3;
case ShaderDataType::Float4: return 4 * 4;
case ShaderDataType::Mat3: return 4 * 3 * 3;
case ShaderDataType::Mat4: return 4 * 4 * 4;
case ShaderDataType::Int: return 4;
case ShaderDataType::Int2: return 4 * 2;
case ShaderDataType::Int3: return 4 * 3;
case ShaderDataType::Int4: return 4 * 4;
case ShaderDataType::Bool: return 1;
}
HZ_CORE_ASSERT(false, "Unknow ShaderDataType!")
return 0;
}
BufferElement纯数据结构，用struct来定义：
struct BufferElement {
std::string Name;
ShaderDataType Type;
uint32_t Size;
uint32_t Offset;
bool Normallized;
BufferElement(){}
BufferElement( ShaderDataType type, const std::string &name,bool normallized = false)
: Name(name), Type(type), Size(ShaderDataTypeSize(type)), Offset(0), Normallized(normallized) {}
uint32_t GetComponentCount() const {
switch (Type) {
case ShaderDataType::Float: return 1;
case ShaderDataType::Float2: return 2;
case ShaderDataType::Float3: return 3;
case ShaderDataType::Float4: return 4;
case ShaderDataType::Mat3: return 3 * 3;
case ShaderDataType::Mat4: return 4 * 4;
case ShaderDataType::Int: return 1;
case ShaderDataType::Int2: return 2;
case ShaderDataType::Int3: return 3;
case ShaderDataType::Int4: return 4;
case ShaderDataType::Bool: return 1;
}
HZ_CORE_ASSERT(false, "Unknow ShaderDataType!");
return 0;
}
};
BufferLayout：
class BufferLayout {
public:
BufferLayout() {}
BufferLayout(const std::initializer_list<BufferElement>& elements):m_Elements(elements) {
CalculateOffsetsAndStride();
}
inline uint32_t GetStride() const {return m_Stride;}
inline const std::vector<BufferElement>& GetElements() const {return m_Elements;}
std::vector<BufferElement>::iterator begin() {return m_Elements.begin();}
std::vector<BufferElement>::iterator end() {return m_Elements.end();}
std::vector<BufferElement>::const_iterator begin() const {return m_Elements.begin();}
std::vector<BufferElement>::const_iterator end() const {return m_Elements.end();}
private:
void CalculateOffsetsAndStride() {
uint32_t offset = 0;
m_Stride = 0;
for (auto& element : m_Elements) {
element.Offset = offset;
offset += element.Size;
m_Stride += element.Size;
}
}
private:
std::vector<BufferElement> m_Elements;
uint32_t m_Stride = 0;
};
注意以下几点：
BufferLayout中定义了一组获取std::vector::iterator的方法，C++中实现begin()、end()函数的class支持快速for循环操作。
BufferLayout中定义了支持初始化列表参数的构造函数，以支持{"key", value}形式的入参，比较方便。
CalculateOffsetsAndStride函数，用于计算一组数据中，不同属性的子数据的偏移，比如有position,color的顶点数据，position的偏移为0，color的偏移就是position的数据长度，此处不理解，可能到这篇代码全部写完，联系上下文来理解。
完善VertexBuffer类：
Sandbox/Hazel/src/Hazel/Renderer/Buffer.h
声明： Sandbox/Hazel/src/Hazel/Renderer/Buffer.h
class VertexBuffer {
public:
...
virtual const BufferLayout& GetLayout() const = 0;
virtual void SetLayout(const BufferLayout& layout) = 0;
...
};
实现： Sandbox/Hazel/src/Hazel/Platform/OpenGL/OpenGLBuffer.h
class OpenGLVertexBuffer : public VertexBuffer {
public:
...
const BufferLayout &GetLayout() const override {
return m_Layout;
};
void SetLayout(const BufferLayout &layout) override {
m_Layout = layout;
};
private:
uint32_t m_RendererID;
BufferLayout m_Layout;
};
Application中的逻辑替换
定义数据类型转换，我们要做跨平台的shader，上面定义的数据类型和OpenGL无关，application中我们明确基于OpenGL来实现，需要转换成OpenGL的类别。
Sandbox/Hazel/src/Hazel/Application.cpp
static GLenum ShaderDataTypeToOpenGLBaseType(ShaderDataType type) {
switch (type) {
case ShaderDataType::Float: return GL_FLOAT;
case ShaderDataType::Float2: return GL_FLOAT;
case ShaderDataType::Float3: return GL_FLOAT;
case ShaderDataType::Float4: return GL_FLOAT;
case ShaderDataType::Mat3: return GL_FLOAT;
case ShaderDataType::Mat4: return GL_FLOAT;
case ShaderDataType::Int: return GL_INT;
case ShaderDataType::Int2: return GL_INT;
case ShaderDataType::Int3: return GL_INT;
case ShaderDataType::Int4: return GL_INT;
case ShaderDataType::Bool: return GL_BOOL;
}
HZ_CORE_ASSERT(false, "Unknow ShaderDataType!");
return 0;
vertex数据增加color，丰富测试案例
Application::Application() {
...
float vertices[3 * 7] = {
-0.5f, -0.5, 0.0, 0.8f, 0.2f, 0.8f, 1.0f,
0.5f, -0.5f, 0.0f, 0.2f, 0.3f, 0.8f, 1.0f,
0.0f, 0.5f, 0.0f, 0.8f, 0.8f, 0.2f, 1.0f
};
m_VertexBuffer.reset(VertexBuffer::Create(vertices, sizeof(vertices)));
...
}
设置顶点属性，前面做了很多封装的工作，就是为了这里更通用一点，使用的地方更优雅一点。
...
{
BufferLayout layout = {
{ShaderDataType::Float3, "a_Position"},
{ShaderDataType::Float4, "a_Color"},
};
m_VertexBuffer->SetLayout(layout);
}
uint32_t index = 0;
const auto& layout = m_VertexBuffer->GetLayout();
for (const auto& element : layout) {
glEnableVertexAttribArray(index);
glVertexAttribPointer(index,
element.GetComponentCount(),
ShaderDataTypeToOpenGLBaseType(element.Type),
element.Normallized ? GL_TRUE : GL_FALSE,
layout.GetStride(),
(const void*)element.Offset);
index++;
...
}
shader glsl中增加color
std::string vertexSrc = R"(
#version 330 core
layout(location = 0) in vec3 a_Position;
layout(location = 1) in vec4 a_Color;
out vec3 v_Position;
out vec4 v_Color; //新增
void main()
{
v_Position = a_Position;
v_Color = a_Color;
gl_Position = vec4(a_Position, 1.0);
}
)";
std::string fragmentSrc = R"(
#version 330 core
layout(location = 0) out vec4 color;
in vec3 v_Position;
in vec4 v_Color; //新增
void main()
{
// color = vec4(v_Position * 0.5 + 0.5, 1.0);
color = v_Color;
}
)";
到此，BufferLayout的封装和接入就完成了。代码没问题的话，运行能看到一个彩色的三角形
完整代码 & 总结
本次代码修改参考：Buffer API abstract-vertex
可以看到，我们写了这么多代码，大部分都和图形渲染无关。都是在工程层面做封装、解耦。
游戏引擎本质上是一个产品工程，大量的工作都是对平台API的封装抽象、对数据的封装传递、对线程和内存的管理。更多的需要开发者有良好的c++编程能力、良好的工程设计能力。
