Buffer Objects

• Motivation: bisher wurden per glVertex3f(-1.0f, 1.0f, 1.0f); einzelne Koordinaten übergeben, um Primitive zu erzeugen.

  Dadurch, dass so pro Aufruf nur sehr wenige Daten (durch die CPU) übergeben werden, führt dies zu sehr langsamer Verarbeitungsgeschwindigkeit - Parallelverarbeitungspotential der GPU wird kaum genutzt

• Vertex-Daten werden also im Rahmen von Buffer Objects blockweise übergeben.

Vertex Buffer Objects (VBO)

Erzeugung

• Analog zu Texturen wird für ein VBO zunächst durch glGenBuffer(1, &bufID) eine ID erzeugt.

• Per glBindBuffer(method, bufID) wird anschließen ein neues VBO erzeugt.

  • GL_ARRAY_BUFFER: Array von Stützpunken
  • GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER: Array von Stützpunkten mit Indizes (zur Mehrfachverwendung)

• Mittels glBufferData() werden schließlich dem VBO die Vertex-Daten übergeben.

Nutzung

• Zur Verwendung wird das VBO über seine ID gebunden und Startadresse sowie Schrittweite für den Speicherzugriff definiert.

• Anschließend wird der Buffer für seine jeweilige Verwendung aktiviert

  • GL_VERTEX_ARRAY, GL_COLOR_ARRAY, GL_SECONDARY_COLOR_ARRAY, GL_INDEX_ARRAY, GL_NORMAL_ARRAY, GL_TEXTURE_COORD_ARRAY

• Alle enthaltenen Daten können anschließend mit einem einzigen Funktionsaufruf gerendert werden: glDrawArrays(method, first, count)

Verwendung von Vertex-Indizes

• GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER kann Indizes zu VBO beinhalten

• ermöglicht Mehrfachverwendung von Vertices

• somit existieren 2 VBOs

  • mit tatsächlichen Vertexdaten
  • mit zugehörigen Indizes

• Rendering erfolgt mit glDrawElements() nachdem beide VBOs gebunden wurden

Dynamische Aktualisierung von VBOs

• sollte aus Performancegründen wenn möglich vermieden werden, um keine neuen Daten an die GPU übertragen zu müssen.

  • stattdessen: Anpassung der Modelview-Matrix

• falls Änderungen nicht durch Modelview-Matrix beschreibbar: Anpassung der Vertex-Daten

  • komplett: Der gesamte Vertexbuffer wird neu übergeben
  • teilweise: Nur betroffener Bereich (mittels size und offset) wird neu übergeben

Schrittweite und Startadresse

• i.d.R. werden die unterschiedlichen Vertex-Attribute (Position, Farbe, Oberflächennormale, ...) gemeinsam in einer Struktur gespeichert.
• Wenn mehrerer solcher Punkte in einem VBO liegen muss für den korrekten Zugriff entsprechend die Größe des Speicherbereichs pro Vertex definiert werden: stride (Schrittweite).

Vertex Array Objects

• Ein VAO beinhaltet die Funktionsaufrufe und Zustände, die zum Rendern der Objekte nötig sind.
• Beim Binden der VAOs werden dies automatisch wieder hergestellt.

• VAOs werden mit eindeutiger ID erzeugt (glGenVertexArrays(1, vaoID)) und gebunden (glBindVertexArray(vaoID)).
• Alle anschließenden Funktionsaufrufe und Zustände werden dann in diesem hinterlegt.
• Der Aufruf erfolgt per glBindVertexArray(vaoID) mit anschließendem glDrawArrays().

Importieren von 3D-Geometrie

• endlich mal praxisrelevant!
• Import von existierenden Modellen aus entsprechender Modellier-Software wie Blender, Cinema 4D, ...

• gängiges Format: Wavefront OBJ

  • Textdatei mit Listen von:

    • Positionen: v *x* *y* *z*

    • Texturkoordinaten: vt *x* *y*

    • Normalen: vn *x* *y* *z*

    • Liste der zu erzeugenden Objekte unter Angabe der jeweiligen Vertex-Indizes:

      f *index Position* *index Texturkoordinate* *index Normale*

  • Beispiel:

    x
    # Wavefront OBJ file example
    #
    o Cube
    v -1.0 1.0 1.0
    v -1.0 -1.0 1.0
    v 1.0 -1.0 1.0
    v 1.0 1.0 1.0
    v -1.0 1.0 -1.0
    v -1.0 -1.0 -1.0
    v 1.0 -1.0 -1.0
    v 1.0 1.0 -1.0
    # 8 vertices
    
    vt 0.0 0.0
    vt 1.0 0.0
    vt 1.0 1.0
    vt 0.0 1.0
    # 4 texture coordinates
    
    vn 0.0 0.0 1.0
    vn -0.0 -0.0 -1.0
    vn -1.0 -0.0 0.0
    vn 0.0 -1.0 0.0
    vn 1.0 0.0 -0.0
    vn -0.0 1.0 -0.0
    # 6 normals
    
    f 1/1/1 2/2/1 3/3/1 4/4/1
    f 5/1/2 8/2/2 7/3/2 6/4/2
    f 1/1/3 5/2/3 6/3/3 2/4/3
    f 2/1/4 6/2/4 7/3/4 3/4/4
    f 3/1/5 7/2/5 8/3/5 4/4/5
    f 5/1/6 1/2/6 4/3/6 8/4/6
    # 6 quads
    

  • Indizes starten mit 1

  • es müssen nicht zwingend alle 3 Komponenten angegeben werden, nur die Position ist unbedingt erforderlich