arrays - 我什么时候应该使用 OpenGL 顶点索引数组？

Question

我试图清楚地了解何时应该使用用 gl[Multi]DrawElements 等绘制的 OpenGL 顶点索引数组，以及何时应该简单地使用用 gl[ 绘制的连续顶点数组多]DrawArrays。

(更新:我得到的回复一致认为应该始终使用索引顶点。)

我在这个问题上来回反复了好几次，所以我将概述一下我目前的理解，希望有人能告诉我我现在或多或少是正确的，或者指出我的不足之处剩下的误会是。具体来说，我有三个结论，用粗体表示。如有错误请指正。

一个简单的情况是，如果我的几何体由网格组成以形成曲面。在这种情况下，对于使用该顶点的每个三角形，网格中间的顶点将具有相同的属性(位置、法线、颜色、纹理坐标等)。

这让我得出结论:

<强>1。对于接缝很少的几何图形，索引数组是一个巨大的胜利。

始终遵循规则 1，除了:

对于非常“ block 状”的几何体，其中每条边都代表一条接缝，索引数组的好处不太明显。以一个简单的立方体为例，虽然每个顶点用于三个不同的面，但我们不能在它们之间共享顶点，因为对于单个顶点，表面法线(以及可能的其他东西，如颜色和纹理坐标) )在每张脸上都会有所不同。因此，我们需要在数组中显式引入冗余顶点位置，以便可以在不同的法线等情况下多次使用同一位置。这意味着索引数组的用处较少。

例如渲染立方体的单个面时:

 0     1
  o---o
  |\  |
  | \ |
  |  \|
  o---o
 3     2

(这可以单独考虑，因为该面与所有相邻面之间的接缝意味着这些顶点都不能在面之间共享)

如果使用GL_TRIANGLE_FAN(或_STRIP)渲染，则立方体的每个面都可以这样渲染:

verts  = [v0, v1, v2, v3]
colors = [c0, c0, c0, c0]
normal = [n0, n0, n0, n0]

添加索引并不能让我们简化此操作。

由此我得出的结论是:

<强>2。当渲染全部接缝或大部分接缝的几何体时，当使用 GL_TRIANGLE_STRIP 或 _FAN 时，我不应该使用索引数组，而应该始终使用 gl[Multi]DrawArrays。

(更新:回复表明这个结论是错误的。尽管索引不允许我们减少这里数组的大小，但由于其他性能优势，仍然应该使用它们，例如评论中讨论)

规则 2 的唯一异常(exception)是:

当使用GL_TRIANGLES(而不是 strip 或扇形)时，一半的顶点仍然可以重复使用两次，具有相同的法线和颜色等，因为每个立方体面都渲染为两个单独的三角形。同样，对于同一个立方体面:

 0     1
  o---o
  |\  |
  | \ |
  |  \|
  o---o
 3     2

如果没有索引，使用 GL_TRIANGLES，数组将类似于:

verts =   [v0, v1, v2,  v2, v3, v0]
normals = [n0, n0, n0,  n0, n0, n0]
colors =  [c0, c0, c0,  c0, c0, c0]

由于顶点和法线通常各为 3 个 float ，并且颜色通常为 3 个字节，因此对于每个立方体面，大约为:

verts   = 6 * 3 floats = 18 floats
normals = 6 * 3 floats = 18 floats
colors  = 6 * 3 bytes  = 18 bytes

= 36 floats and 18 bytes per cube face.

(我知道如果使用不同的类型，字节数可能会发生变化，确切的数字仅供说明。)

使用索引，我们可以稍微简化一下，给出:

verts   = [v0, v1, v2, v3]     (4 * 3 = 12 floats)
normals = [n0, n0, n0, n0]     (4 * 3 = 12 floats)
colors  = [c0, c0, c0, c0]     (4 * 3 = 12 bytes)
indices = [0, 1, 2,  2, 3, 0]  (6 shorts)

= 24 floats + 12 bytes, and maybe 6 shorts, per cube face.

看看在后一种情况下，顶点 0 和 2 如何使用两次，但在每个顶点、法线和颜色数组中仅表示一次。这听起来像是使用索引的一个小胜利，即使在每个几何边都是接缝的极端情况下也是如此。

这让我得出结论:

<强>3。使用 GL_TRIANGLES 时，应始终使用索引数组，即使对于全是接缝的几何图形也是如此。

如果我的结论有误，请用黑体字纠正。

Answer 1

From this I conclude that when rendering geometry which is all seams or mostly seams, when using GL_TRIANGLE_STRIP or _FAN, then I should never use indexed arrays, and should instead always use gl[Multi]DrawArrays.

不，原因很简单。

您的结论基于您分析了由两个三角形组成的单个四边形这一事实。使用三角形扇形/条形绘制的这两个三角形无法使用索引数组进行简化。

但是尝试考虑一个大的地形几何形状。每个地形 block 都使用三角形扇形/ strip 基元绘制为四边形。例如:

图中的每个三角形带与相邻三角形带具有共同的所有顶点，并且使用索引允许压缩几何定义，而不是为每个三角形带重复顶点。

<小时/>

基本上，当您可以与另一个图元共享单个图元的大部分顶点时，使用索引绘制图元(三角形、扇形和条形)非常有用。

共享信息可以节省信息传输带宽，但这并不是唯一的优点。实际上索引数组允许:

• 避免多次指定的属于同一“概念”顶点的信息的同步
• 允许在单个顶点上执行相同的着色器操作，而不是执行多次，每个顶点重复一次。
• 此外，结合使用三角形 strip /扇形和索引可以让应用程序压缩索引缓冲区，因为 strip /扇形规范需要的索引较少(三角形每个面始终需要 3 个索引)。

正如您所指定的，只要顶点无法与另一个重合顶点共享与其关联的所有信息(颜色、纹理坐标等)，就不能使用索引数组。

<小时/>

为了完整起见，几何规范所需的信息大小并不是决定最佳渲染操作的唯一因素。

事实上，图元渲染的另一个基本因素是数据的缓存本地化。错误指定的几何数据(非交错缓冲对象、长三角形带...)会导致大量缓存未命中，从而降低显卡性能。

为了优化渲染操作，顶点规范应以最大概率重用先前指定的顶点的方式重新排序。这样，显卡缓存线就可以重用之前指定的顶点，而无需从内存中获取它们。