VBO, PBO与FBO（三）

迈不过友情╰ 2022-06-13 11:59 178阅读 0赞

(2008-08-14 22:52:28)

FBO, Frame Buffer Object

在OpenGL渲染流水线上，几何数据和纹理数据被多次转换、多次测试，最后以2维像素的形式显示在屏幕上。而OpenGL流水线上最后显示阶段像素所在处，称为帧缓存。帧缓存可视为2维数组，或OpenGL使用的存储区域，它包括了：颜色缓存、深度缓存、模板缓存和累积缓存。  
一般情况下，帧缓存由window系统生成并管理，供OpenGL使用。这种缺省的帧缓存称之为“window系统生成”（window-system-provided）的帧缓存。

在OpenGL扩展中，GL\_EXT\_framebuffer\_object提供了另外一种不能够显示的帧缓存接口，帧缓存对象（FBO）。这种帧缓存称之为“应用生成”帧缓存，以区别于“window系统生成”帧缓存。通过使用帧缓存对象（FBO），OpenGL应用程序可以将显示内容输出到“应用生成”帧缓存，而不是传统的“window系统生成”帧缓存。这个过程全部由OpenGL控制。

和window系统提供的帧缓存一样，FBO也有一组相应存储颜色、深度和模板（注意没有累积）数据的缓存区域。我们把FBO中存储这些数据的区域称之为“缓存关联图像”（framebuffer-attached image）。它完全由OpenGL管理控制。

缓存关联图像分为两类：纹理缓存和渲染（显示）缓存（renderbuffer）。如果纹理对象的图像数据关联到帧缓存，opengl执行的将是“渲染到纹理”（render to texture）操作。如果渲染缓存对象的图像数据关联到帧缓存，opengl执行的将是“离线渲染”（offscreen rendering）。

渲染缓存对象是GL\_EXT\_framebuffer\_object中定义的新的一种存储类型。这用于渲染过程中存储单幅2维图像。下面的图1描述了FBO、纹理对象和渲染缓存对象之间的关系。

[![VBO, <wbr>PBO与FBO（三）][VBO_wbr_PBO_FBO]][VBO_wbr_PBO_FBO_VBO_wbr_PBO_FBO]

图1 FBO、纹理对象和渲染缓存对象之间的关系

从图中可以看出，FBO有多个颜色关联：(GL\_COLOR\_ATTACHMENT0\_EXT,..., GL\_COLOR\_ATTACHMENT*n*\_EXT), 一个深度关联(GL\_DEPTH\_ATTACHMENT\_EXT)和一个模板关联 (GL\_STENCIL\_ATTACHMENT\_EXT)。颜色关联的数目最少有一个，最大数目是与实体的显卡相关的，可以GL\_MAX\_COLOR\_ATTACHMENTS\_EXT查询得到。FBO采用多个颜色关联，这样可以同时将多个颜色缓存渲染（绘制）到多个FBO关联存储区，即“多渲染目标”MRT（multiple render target）。MRT可用**GL\_ARB\_draw\_buffers**完成**。**

注意：FBO本身并没有图像数据存储区，只有多个关联。

FBO提供了一种高效的切换机制：将前一个帧缓存关联图像从FBO分离，将一个新的可关联帧缓存图像与FBO关联。FBO对帧缓存关联图像的切换要比对FBO的切换速度更快。用**glFramebufferTexture2DEXT()**，可以进行二维纹理对象的切换，用**glFramebufferRenderbufferEXT**可切换渲染缓存对象。

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FBO的生成

FBO的生成过程与VBO的生成过程类似。

#### glGenFramebuffersEXT() ####

void glGenFramebuffersEXT(GLsizei n, GLuint* ids) void glDeleteFramebuffersEXT(GLsizei n, const GLuint* ids)

glGenFramebuffersEXT需要两个参数，一个是要生成的帧缓存个数，一个是存储帧缓存ID的地址指针。如果帧缓存的ID为0，表明为缺省的帧缓存，也即window系统生成的帧缓存。

glDeleteFramebuffersExt可用于删除不再使用的FBO。

**glBindFramebufferEXT()**

void glBindFramebufferEXT(GLenum target, GLuint id)

一旦生成FBO，可用glBindFramebufferEXT来启用它。第一个参数target应为GL\_FRAMEBUFFER\_EXT,第二个参数为FBO的ID。如果不再使用FBO，应调用该函数，这时参数ID置为0。

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**渲染缓存对象**

渲染缓存对象是新添加的，专门用于离线渲染。它允许将一个场景直接渲染到一个渲染缓存对象中，而不是渲染到纹理对象。渲染缓存对象是用于存储单幅图像的简单存储对象。该图像是按一种可渲染的内部格式存储。可以说，渲染缓存对象是存储OpenGL的逻辑缓存，它不具有像纹理那样的格式。

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#### glGenRenderbuffersEXT() ####

void glGenRenderbufferEXT(GLsizei target, GLuint\* ids)

void glDeleteRenderbuffersEXT (GLsizei n, const GLuint\* ids)

glGenRenderbuffersEXT一旦生成渲染缓存， 返回非零整数。

#### \_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_ ####

#### glBindRenderbufferEXT() ####

void glBindRenderbufferEXT(GLenum target, GLuint id)

和其它OpenGL对象一样，你需要在使用它之前对渲染缓存对象进行绑定。其中的target参数应为GL\_RENDERBUFFER\_EXT。

\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_

#### glRenderbufferStorageEXT() ####

void glBindRenderbufferEXT(GLenum target, GLuint id)

生成了渲染对象后，还需要分配空间存储数据。glRenderbufferStorageEXT用来完成这件事。该函数的第一个参数必须是GL\_RENDERBUFFER\_EXT。第二个参数可以是用于颜色的（如GL\_RGB, GL\_RGBA等等），用于深度的（GL\_DEPTH\_COMPOENT），用于模板的（GL\_STENCIL\_INDEX）。渲染缓存存储的图像其大小还是按像素的宽×高来计算，它不得大于常量GL\_MAX\_RENDERBUFFER\_SIZE\_EXT；否则会产生GL\_INVALID\_VALUE的错误。

\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_

#### glGetRenderbufferParameterivEXT() ####

void glGetRenderbufferParamet erivEXT(GLenum target, GLenum param,GLint\* value);

用glGetRenderbufferParameterivEXT可以得到当前渲染对象的属性参数。target必须为GL\_RENDERBUFFER\_EXT,第二个参数param从下面的常量中取，value为得到返回值的指针。

GL\_RENDERBUFFER\_WIDTH\_EXT  
GL\_RENDERBUFFER\_HEIGHT\_EXT  
GL\_RENDERBUFFER\_INTERNAL\_FORMAT\_EXT  
GL\_RENDERBUFFER\_RED\_SIZE\_EXT  
GL\_RENDERBUFFER\_GREEN\_SIZE\_EXT  
GL\_RENDERBUFFER\_BLUE\_SIZE\_EXT  
GL\_RENDERBUFFER\_ALPHA\_SIZE\_EXT  
GL\_RENDERBUFFER\_DEPTH\_SIZE\_EXT  
GL\_RENDERBUFFER\_STENCIL\_SIZE\_EXT  
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将图像与FBO关联

FBO本身并没有存储任何图像，我们只是将帧缓存可关联图像（纹理和渲染对象）与FBO进行了关联。这种机制可以让我们在FBO中进行帧缓存可关联图像的快速切换。这样就用不着不必要地拷贝，也减少了内存消耗。比如说一个纹理可与多个FBO关联，这样它的图像存储区就能够让多个FBO共享。

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#### 将一个纹理关联到FBO ####

glFramebufferTexture2DEX T(GLenum target,  
GLenum attachmentPoint,  
GLenum textureTarget,  
GLuint textureId,  
GLint  level)

glFramebufferTexture2DEXT可将2D纹理图像关联到FBO上。第一个参数target必须为GL\_FRAMEBUFFER\_EXT。参数attachment为FBO上的关联点。FBO上有多个颜色关联点（GL\_COLOR\_ATTACHMENT0\_EXT, ..., GL\_COLOR\_ATTACHMENT*n*\_EXT），一个GL\_DEPTH\_ATTACHMENT\_EXT和GL\_STENCIL\_ATTACHMENT\_EXT。参数textureTarget大数多情况下为GL\_TEXTURE\_2D。参数textureId为纹理对象的ID号。参数level为关联的纹理的mipmap等级。

如果textureId取0，则当前关联的纹理将与FBO分离。如果纹理对象被删除了，还它关联着一个FBO的话，该纹理图像会自动与其分离。如果它关联的是多个FBO，它删除时只与当前的FBO分离，不会与其它FBO分离。

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#### 将一个渲染缓存图像关联到FBO ####

glFramebufferRenderbuffe rEXT(GLenum target,  
GLenum attachmentPoint,  
GLenum renderbufferTarget,  
GLuint renderbufferId)

渲染缓存图像可用glFramebufferRenderbufferEXT，来与FBO关联。参数target和attachmentpoint和前一个函数glFramebufferTexture2DEXT一样。第三个函数必须为GL\_RENDERBUFFER\_EXT, 参数renderbufferId为渲染对象的Id。

如果renderbufferId设为0，当前FBO中的渲染图像将与其分离。如果渲染对象删除时还与FBO关联着，那它会自动与当前的FBO分离，但不会与其它关联的FBO分离。

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检查FBO状态

在图像（纹理或渲染缓冲）与FBO关联，在招待FBO的操作之前，都需要对FBO的状态进行检查。获取FBO状态函数为glCheckFramebufferStatusEXT。如果FBO不完整，那么绘制和读取的命令（glBegin(), glCopyTexImage2D()等）都会失败。

GLenum glCheckFramebufferStatus EXT(GLenum target);

glCheckFramebufferStatusEXT对当前帧缓存的参数和相关联的图像进行验证。注意该函数不能在glBegin()/glEnd()函数对中间使中。target参数必须为GL\_FRAMEBUFFER\_EXT。它返回一个非零的状态值。如果FBO通过了检查，则返回**GL\_FRAMEBUFFER\_COMPLETE\_EXT。**

FBO必须满足以下条件：

*  关联图像的宽高不能为0；
 *  如果关联图像关联的是颜色关联点，那么图像必须为颜色可渲染的内部格式（如GL\_RGBA, GL\_DEPTH\_COMPONENT, GL\_LUMINANCE等）；
 *  如果关联图像关联的是GL\_DEPTH\_ATTACHMENT\_EXT，图像必须是深度可渲染的内部格式（GL\_DEPTH\_COMPONENT, GL\_DEPTH\_COMPONENT24\_EXT等）。
 *  如果关联图像关联的是GL\_STENCIL\_ATTACHMENT\_EXT，图像必须是模板可渲染的内部格式（GL\_STENCIL\_INDEX, GL\_STENCIL\_INDEX8\_EXT等）。
 *  FBO必须至少有一个图像关联；
 *  所有关联到颜色关联点的图像必须使用同一个内部格式。

注意，即使所有的条件都得到满足，opengl驱动程序可能也不支持某些内部格式和参数的组合。如果出现这种情况，glCheckFramebufferStatusEXT将返回GL\_FRAMEBUFFER\_UNSUPPORTED\_EXT.

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示例：渲染到纹理

示例源程序：[fbo.zip][]

有时，你可能需要生成动态的纹理，如做镜面效果、动态立方体/环境贴图、阴影等效果时。动态纹理

可以通过将渲染的场影绘制到纹理上来完成这些效果。传统解决渲染到纹理的方法是将场景绘制到普通的帧缓存上，然后用glCopyTexSubImage2D拷贝帧缓存图像到纹理上。

使用FBO，我们可以直接将场景绘制到纹理上，而用不着window系统提供的帧缓存。而且，我们可以减少数据拷贝（从帧缓存到纹理）的过程。

例程中提供了用FBO和不用FBO来完成渲染到纹理的代码，以例比较它们的性能。除了性能上的优点，如果纹理分辩率大于无FBO模式下渲染窗口的大小，窗口区域外的部分将被裁剪，但FBO不会出现这种问题。你可以生成比显示窗口大得多的帧缓存图像。

以下代码在渲染循环启动之前，先对FBO和帧缓存可关联图像进行了设置（初始化）。程序中，不仅纹理图像关联到FBO，一个渲染缓存图像也关联到FBO的深度关联点。我们并没有实际用到这个深度缓存，只不过，FBO本身需要用它来做深度测试。我们如果没有把一个深度可渲染图像关联到FBO，那么可能会因为不能进行深度测试而无法进行成功渲染。如果渲染过程中需要模板测试，也可以在程序中加上可渲染图像与GL\_STENCIL\_ATTACHMENT\_EXT关联。

[![VBO, <wbr>PBO与FBO（三）][VBO_wbr_PBO_FBO 1]][VBO_wbr_PBO_FBO_VBO_wbr_PBO_FBO 1]

渲染到纹理的过程和普通绘制过程一样。我们只需将渲染的目的地放在FBO即可。[![VBO, <wbr>PBO与FBO（三）][VBO_wbr_PBO_FBO 2]][VBO_wbr_PBO_FBO_VBO_wbr_PBO_FBO 2]

注意，**glGenerateMipmapEXT（）**也是作为FBO扩展的一部分，用于在修改纹理图像的基级(base level)之后，显式生成mipmap。如果**GL\_GENERATE\_MIPMAP**设置为GL\_TRUE,glTex\{Sub\}Image2D()和glCopyTex\{Sub\}Image2D()将激活自动mipmap的生成。然而，在纹理的基级修改后，FBO不会自动生成它的MIPMAP。这是因为FBO不调用glCopyTex\{Sub\}Image2D()来修改纹理。因此，glGenerateMipmapEXT()必须显式的调用来生成mipmap。

参考文章

[http://www.gamedev.net/reference/articles/article2331.asp][http_www.gamedev.net_reference_articles_article2331.asp]

[http://www.physdev.com/articles/][http_www.physdev.com_articles]

[http://www.builder.com.cn/2008/0703/963021.shtml][http_www.builder.com.cn_2008_0703_963021.shtml]

[http://www.songho.ca/opengl/gl\_fbo.html][http_www.songho.ca_opengl_gl_fbo.html]

[VBO_wbr_PBO_FBO]: http://s6.sinaimg.cn/bmiddle/4062094e45740251e9c35
[VBO_wbr_PBO_FBO_VBO_wbr_PBO_FBO]: /images/20220613/4cbcde3582134d298701b6da70d817a2.png
[fbo.zip]: http://www.songho.ca/opengl/files/fbo.zip
[VBO_wbr_PBO_FBO 1]: http://s1.sinaimg.cn/bmiddle/4062094e45765195e96d0
[VBO_wbr_PBO_FBO_VBO_wbr_PBO_FBO 1]: /images/20220613/d8090f4ac85649dcb40d3a08acd61bb0.png
[VBO_wbr_PBO_FBO 2]: http://s11.sinaimg.cn/bmiddle/4062094e4576528eb56fa
[VBO_wbr_PBO_FBO_VBO_wbr_PBO_FBO 2]: /images/20220613/235f200a2d3344eeb06c2aaefd03fc9d.png
[http_www.gamedev.net_reference_articles_article2331.asp]: http://www.gamedev.net/reference/articles/article2331.asp
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[http_www.songho.ca_opengl_gl_fbo.html]: http://www.songho.ca/opengl/gl_fbo.html