轉自：

http://blog.csdn.net/ym19860303/article/details/9400609

原文也是轉載，沒有提供最原始出處

近日開發相機，使用GLSurfaceView開發相機，可以解決預覽速度的優化的問題，主要是藉助OPENGL和shader來直接獲取PBO和FBO的預覽資料來進一步為相機提速，需要對OPENGL有一定的瞭解。

VBO，Vertex Buffer Array

    為了加快顯示速度，顯示卡增加了一個擴充套件，即VBO。它本質上是儲存幾何資料的快取。它直接把頂點資料放置到顯示卡中的快取記憶體，極大提高了繪製速度。

     這個擴充套件用到ARB_vertex_buffer_object，它可以直接像頂點陣列那樣使用。唯一不同的地方在於它需要將資料載入顯示卡的高效快取，因此需要佔用渲染時間。

     [參考文章1] 給出了一個使用VBO擴充套件的例子程式。[參考文章2]羅列了與VBO操作相關的函式

［參考文章3］歸納出VBO擴充套件的用法流程，並總結出與紋理用法流程的相似性：

初始化階段：
1. glGenBuffersARB(1, &nVBOVertices); //生成一個控制代碼
2. glBindBufferARB(GL_ARRAY_BUFFER_ARB, nVBOVertices); //宣告該控制代碼為一個vbo控制代碼，並選擇之
3. glBufferDataARB(GL_ARRAY_BUFFER_ARB, sizeof(vertices), vertices,GL_STATIC_DRAW); //將頂點集上傳至server端

使用階段：
1. glEnableClientState

(GL_VERTEX_ARRAY); //開始使用vbo
2. glBindBufferARB(GL_ARRAY_BUFFER_ARB, nVBOVertices);  //選擇當前使用的vbo
3. glVertexPointer(3, GL_FLOAT, 0, BUFFER_OFFSET(0));  //指定vbo頂點格式
4. glDrawArrays( GL_TRIANGLES, 0, g_pMesh->m_nVertexCount ); //畫吧
5. glDisableClientState(GL_VERTEX_ARRAY); //停止使用vbo

收尾階段：
1. glDeleteBuffersARB(1,&nVBOVertices); //刪除控制代碼，同時刪除server端頂點緩衝

再來看看紋理緩衝是怎麼使用的，其實差不多：

初始化階段：
1. glGenTextures(1, &texID);//建立控制代碼
2. glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, texID); //設定控制代碼型別
3. glTexImage2D(GL_TEXTURE_2D, 0, GL_RGBA, img->GetWidth(), img->GetHeight(), 0, GL_RGBA, GL_UNSIGNED_BYTE, raw_rgba); //上傳紋理緩衝

使用階段：
1. glEnable(GL_TEXTURE_2D); //開始使用紋理緩衝
2. glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, texID); //選擇當前使用的紋理緩衝
3. 傳送頂點和紋理座標，畫吧...省略
4. glDisable(GL_TEXTURE_2D); //停止使用紋理

收尾階段：
1. glDeleteTextures(1,&texID);//刪除控制代碼,，同時刪除server端緩衝

參考文章：

PBO,即Pixel Buffer Object也是用於GPU的擴充套件（ARB_vertex_buffer_object）。這裡的快取當然就是GPU的快取。PBO與VBO擴充套件類似，只不過它儲存的是畫素資料而不是頂點資料。PBO借用了VBO框架和所有API函式形式，並加了上兩個"target"標誌。這兩個標識是：

• GL_PIXEL_PACK_BUFFER_ARB 將畫素資料傳給PBO
• GL_PIXEL_UNPACK_BUFFER_ARB 從PBO得到畫素資料

這裡的“pack”還是“unpack”，可分別理解為“傳給”和“得到”。它們也都可以統一理解為“拷貝”，也就是畫素資料的“傳遞”。

    比如說，glReadPixel就是資料從幀快取（framebuffer）到記憶體（memory），可理解為“pack”；glDrawPixel是從記憶體到幀快取，可理解為“unpack”；glGetTexImage是從紋理物件到記憶體，可理解為“pack”；glTexImage2d從記憶體（memory）到紋理物件（texture object），可理解為“unpack”。

   下圖是PBO與Framebuffer和Text物件之間的傳遞。

圖1 opengl PBO

   使用PBO的好處是快速的畫素資料傳遞，它採用了一種叫DMA（Direct Memory Access）的技術，無需CPU介入。另一個PBO的優點是，這種DMA是非同步的。我們可以通過下面兩張圖來比較使用PBO的與傳統的紋理傳遞的過程。

   圖2是用傳統的方法從影象源（如影象檔案或視訊）載入影象資料到紋理物件的過程。畫素資料首先存到系統記憶體中，接著使用glTexImage2D將資料從系統記憶體拷貝到紋理物件。包含的兩個子過程均需要有CPU執行。而從圖3中，我們可以看到畫素資料直接載入到PBO中，這個過程仍需要CPU來執行，但是從資料從PBO到紋理物件的過程則由GPU來執行DMA，而不需要CPU參與。而且opengl可安排非同步DMA，不必馬上進行畫素資料的傳遞。因此，相比而言，圖3中的glTexImage2D立即返回而不是馬上執行，這樣CPU可以執行其它的操作而不需要等待畫素資料傳遞的結束。

圖2 不使用PBO的紋理載入

圖3 使用PBO的紋理載入

    GL_PIXEL_PACK_BUFFER_ARB用於將畫素資料從opengl傳遞給應用程式，GL_PIXEL_UNPACK_BUFFER_ARB則是將畫素資料從應用程式傳遞給opengl。 

生成PBO

   生成PBO分成3步：

1. 用glGenBuffersARB()生成快取物件；

2. 用glBindBufferARB()繫結快取物件；

3. 用glBufferDataARB()將畫素資料拷貝到快取物件。

   如果在glBufferDataARB函式中將一個NULL的指標給源陣列，PBO只會為之分配一個給定大小的記憶體空間。glBufferDataARB的另一個引數是關於PBO的效能引數（hint)，表明快取物件如何使用。該引數取GL_STREAM_DRAW_ARB表明是載入，GL_STREAM_READ_ARB表明是非同步幀快取讀出。

對映PBO

  PBO提供了一種將opengl控制的快取物件與客戶端地址空間進行記憶體對映的機制。所以客戶端可通過glMapBufferARB()和glUnmapbufferARB就可以修改快取物件的部分或整個資料。

    void* glMapBufferARB(GLenum target, GLenum access);

 GLboolean glUnmapBufferARB(GLenum target);        
   glMapBufferARB返回快取物件的指標。引數target取GL_PIXEL_PACK_BUFFER_ARB或GL_PIXEL_UNPACK_BUFFER_ARB，引數access是能對對映快取的操作，可取GL_READ_ONLY_ARB、GL_WRITE_ONLY_ARB和GL_READ_WRITE_ARB，分別表明可從PBO讀、可向PBO寫，可從PBO讀也可向PBO寫。

    要注意：如果GPU正在對快取物件進行操作，glMapBufferARB不會返回快取物件直到GPU結束了對快取物件的處理。為了避免等待，在呼叫glMapBufferARB之前，先呼叫glBufferDataARB（用NULL指標作為引數），這時OpenGL將丟棄老的快取物件，為新的快取物件分配空間。

    在客戶端使用PBO後，應呼叫glUnmapBufferARB來取消對映。glUnmapBufferARB返回GL_TRUE表明成功，否則返回GL_FALSE。

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Demo

例子程式pboUnpack.zip使用了不同方式來比較將紋理傳給OpenGL的模式：

• 使用一個PBO；
• 使用兩個PBO；
• 不使用PBO；

通過按空格鍵，可以不同模式間切換。

在PBO模式下，每幀的紋理源(畫素)都是在對映PBO狀態下直接寫進去的。再通過呼叫glTexSubImage2D將PBO中的畫素傳遞給紋理物件。通過使用紋理物件可以在PBO和紋理物件間進行非同步DMA傳遞。它能大大提高畫素傳遞的效能。
由於glTexSubImage2D立即返回，因此CPU能夠直接進行其它工作，無需等待實際的畫素傳遞。

圖4 兩個PBO更新紋理

為了將畫素傳遞的效能最大化，可以使用多個PBO物件。圖4中表明同時使用了兩個PBO。在glTexSubImage2D將畫素資料從PBO拷貝出來的同時，另一份畫素資料寫進了另一個PBO。
在第n幀時，PBO1用於glTexSubImage2D，而PBO2用於生成一個新的紋理物件了。再到n+1幀時，兩個PBO則互換了角色。由於非同步DMA傳遞，畫素資料的更新和拷貝過程可同時進行，即CPU將紋理源更新到PBO，同時GPU將從另一PBO中拷貝出紋理。

例子程式pboPack.zip從視窗的左邊讀出（pack）畫素資料到PBO，在更改它的亮度後，把它在視窗的右邊繪製出來。通過按空格鍵，可以看glReadPixels的效能。

傳統使用glReadPixels將阻塞渲染管道（流水線），直到所有的畫素資料傳遞完成，才會將控制權交還給應用程式。相反，使用PBO的glReadPixels可以排程非同步DMA傳遞，能夠立即返回而不用等待。因此，CPU可以在OpenGL(GPU)傳遞畫素資料的時候進行其它處理。

圖5 用兩個PBO非同步glReadPixels

例子程式也使用了兩個PBO，在第n幀時，應用幀快取讀出畫素資料到PBO1中，同時在PBO中對畫素資料進行處理。讀與寫的過程可同時進行，是因為，在呼叫glReadPixels時立即返回了，而CPU立即處理PBO2而不會有延遲。在下一幀時，PBO1和PBO2的角色互換。

參考文章

FBO, Frame Buffer Object

在OpenGL渲染流水線上，幾何資料和紋理資料被多次轉換、多次測試，最後以2維畫素的形式顯示在螢幕上。而OpenGL流水線上最後顯示階段畫素所在處，稱為幀快取。幀快取可視為2維陣列，或OpenGL使用的儲存區域，它包括了：顏色快取、深度快取、模板快取和累積快取。
一般情況下，幀快取由window系統生成並管理，供OpenGL使用。這種預設的幀快取稱之為“window系統生成”（window-system-provided）的幀快取。

在OpenGL擴充套件中，GL_EXT_framebuffer_object提供了另外一種不能夠顯示的幀快取介面，幀快取物件（FBO）。這種幀快取稱之為“應用生成”幀快取，以區別於“window系統生成”幀快取。通過使用幀快取物件（FBO），OpenGL應用程式可以將顯示內容輸出到“應用生成”幀快取，而不是傳統的“window系統生成”幀快取。這個過程全部由OpenGL控制。 

和window系統提供的幀快取一樣，FBO也有一組相應儲存顏色、深度和模板（注意沒有累積）資料的快取區域。我們把FBO中儲存這些資料的區域稱之為“快取關聯影象”（framebuffer-attached image）。它完全由OpenGL管理控制。

快取關聯影象分為兩類：紋理快取和渲染（顯示）快取（renderbuffer）。如果紋理物件的影象資料關聯到幀快取，opengl執行的將是“渲染到紋理”（render to texture）操作。如果渲染快取物件的影象資料關聯到幀快取，opengl執行的將是“離線渲染”（offscreen rendering）。

渲染快取物件是GL_EXT_framebuffer_object中定義的新的一種儲存型別。這用於渲染過程中儲存單幅2維影象。下面的圖1描述了FBO、紋理物件和渲染快取物件之間的關係。

                                圖1 FBO、紋理物件和渲染快取物件之間的關係

 從圖中可以看出，FBO有多個顏色關聯：(GL_COLOR_ATTACHMENT0_EXT,..., GL_COLOR_ATTACHMENTn_EXT), 一個深度關聯(GL_DEPTH_ATTACHMENT_EXT)和一個模板關聯 (GL_STENCIL_ATTACHMENT_EXT)。顏色關聯的數目最少有一個，最大數目是與實體的顯示卡相關的，可以GL_MAX_COLOR_ATTACHMENTS_EXT查詢得到。FBO採用多個顏色關聯，這樣可以同時將多個顏色快取渲染（繪製）到多個FBO關聯儲存區，即“多渲染目標”MRT（multiple render target）。MRT可用GL_ARB_draw_buffers完成。

注意：FBO本身並沒有影象資料儲存區，只有多個關聯。

 FBO提供了一種高效的切換機制：將前一個幀快取關聯影象從FBO分離，將一個新的可關聯幀快取影象與FBO關聯。FBO對幀快取關聯影象的切換要比對FBO的切換速度更快。用glFramebufferTexture2DEXT()，可以進行二維紋理物件的切換，用glFramebufferRenderbufferEXT可切換渲染快取物件。

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FBO的生成

FBO的生成過程與VBO的生成過程類似。

glGenFramebuffersEXT()

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

glGenFramebuffersEXT需要兩個引數，一個是要生成的幀快取個數，一個是儲存幀快取ID的地址指標。如果幀快取的ID為0，表明為預設的幀快取，也即window系統生成的幀快取。

glDeleteFramebuffersExt可用於刪除不再使用的FBO。

glBindFramebufferEXT()

void glBindFramebufferEXT(GLenum target, GLuint id)

 一旦生成FBO，可用glBindFramebufferEXT來啟用它。第一個引數target應為GL_FRAMEBUFFER_EXT,第二個引數為FBO的ID。如果不再使用FBO，應呼叫該函式，這時引數ID置為0。

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渲染快取物件

 渲染快取物件是新新增的，專門用於離線渲染。它允許將一個場景直接渲染到一個渲染快取物件中，而不是渲染到紋理物件。渲染快取物件是用於儲存單幅影象的簡單儲存物件。該影象是按一種可渲染的內部格式儲存。可以說，渲染快取物件是儲存OpenGL的邏輯快取，它不具有像紋理那樣的格式。

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glGenRenderbuffersEXT()

void glGenRenderbufferEXT(GLsizei target, GLuint* ids)

void glDeleteRenderbuffersEXT(GLsizei n, const GLuint* ids)

glGenRenderbuffersEXT一旦生成渲染快取， 返回非零整數。

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glBindRenderbufferEXT()

void glBindRenderbufferEXT(GLenum target, GLuint id)

和其它OpenGL物件一樣，你需要在使用它之前對渲染快取物件進行繫結。其中的target引數應為GL_RENDERBUFFER_EXT。

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glRenderbufferStorageEXT()

void glBindRenderbufferEXT(GLenum target, GLuint id)

生成了渲染物件後，還需要分配空間儲存資料。glRenderbufferStorageEXT用來完成這件事。該函式的第一個引數必須是GL_RENDERBUFFER_EXT。第二個引數可以是用於顏色的（如GL_RGB, GL_RGBA等等），用於深度的（GL_DEPTH_COMPOENT），用於模板的（GL_STENCIL_INDEX）。渲染快取儲存的影象其大小還是按畫素的寬×高來計算，它不得大於常量GL_MAX_RENDERBUFFER_SIZE_EXT；否則會產生GL_INVALID_VALUE的錯誤。

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glGetRenderbufferParameterivEXT()

void glGetRenderbufferParameterivEXT(GLenum target, GLenum param,

GLint* value);

 用glGetRenderbufferParameterivEXT可以得到當前渲染物件的屬性引數。target必須為GL_RENDERBUFFER_EXT,第二個引數param從下面的常量中取，value為得到返回值的指標。

  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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將影象與FBO關聯

FBO本身並沒有儲存任何影象，我們只是將幀快取可關聯影象（紋理和渲染物件）與FBO進行了關聯。這種機制可以讓我們在FBO中進行幀快取可關聯影象的快速切換。這樣就用不著不必要地拷貝，也減少了記憶體消耗。比如說一個紋理可與多個FBO關聯，這樣它的影象儲存區就能夠讓多個FBO共享。

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   將一個紋理關聯到FBO

glFramebufferTexture2DEXT(GLenum target,

GLenum attachmentPoint,

GLenum textureTarget,

GLuint textureId,

GLint  level)

glFramebufferTexture2DEXT可將2D紋理影象關聯到FBO上。第一個引數target必須為GL_FRAMEBUFFER_EXT。引數attachment為FBO上的關聯點。FBO上有多個顏色關聯點（GL_COLOR_ATTACHMENT0_EXT, ..., GL_COLOR_ATTACHMENTn_EXT），一個GL_DEPTH_ATTACHMENT_EXT和GL_STENCIL_ATTACHMENT_EXT。引數textureTarget大數多情況下為GL_TEXTURE_2D。引數textureId為紋理物件的ID號。引數level為關聯的紋理的mipmap等級。

如果textureId取0，則當前關聯的紋理將與FBO分離。如果紋理物件被刪除了，還它關聯著一個FBO的話，該紋理影象會自動與其分離。如果它關聯的是多個FBO，它刪除時只與當前的FBO分離，不會與其它FBO分離。

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   將一個渲染快取影象關聯到FBO

glFramebufferRenderbufferEXT(GLenum target,

GLenum attachmentPoint,

GLenum renderbufferTarget,

GLuint renderbufferId)

渲染快取影象可用glFramebufferRenderbufferEXT，來與FBO關聯。引數target和attachmentpoint和前一個函式glFramebufferTexture2DEXT一樣。第三個函式必須為GL_RENDERBUFFER_EXT, 引數renderbufferId為渲染物件的Id。

如果renderbufferId設為0，當前FBO中的渲染影象將與其分離。如果渲染物件刪除時還與FBO關聯著，那它會自動與當前的FBO分離，但不會與其它關聯的FBO分離。

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檢查FBO狀態

 在影象（紋理或渲染緩衝）與FBO關聯，在招待FBO的操作之前，都需要對FBO的狀態進行檢查。獲取FBO狀態函式為glCheckFramebufferStatusEXT。如果FBO不完整，那麼繪製和讀取的命令（glBegin(), glCopyTexImage2D()等）都會失敗。

GLenum glCheckFramebufferStatusEXT(GLenum target);

glCheckFramebufferStatusEXT對當前幀快取的引數和相關聯的影象進行驗證。注意該函式不能在glBegin()/glEnd()函式對中間使中。target引數必須為GL_FRAMEBUFFER_EXT。它返回一個非零的狀態值。如果FBO通過了檢查，則返回GL_FRAMEBUFFER_COMPLETE_EXT。

   FBO必須滿足以下條件：

• 關聯影象的寬高不能為0；
• 如果關聯影象關聯的是顏色關聯點，那麼影象必須為顏色可渲染的內部格式（如GL_RGBA,  GL_DEPTH_COMPONENT, GL_LUMINANCE等）；
• 如果關聯影象關聯的是GL_DEPTH_ATTACHMENT_EXT，影象必須是深度可渲染的內部格式（GL_DEPTH_COMPONENT, GL_DEPTH_COMPONENT24_EXT等）。
• 如果關聯影象關聯的是GL_STENCIL_ATTACHMENT_EXT，影象必須是模板可渲染的內部格式（GL_STENCIL_INDEX, GL_STENCIL_INDEX8_EXT等）。
• FBO必須至少有一個影象關聯；
• 所有關聯到顏色關聯點的影象必須使用同一個內部格式。

注意，即使所有的條件都得到滿足，opengl驅動程式可能也不支援某些內部格式和引數的組合。如果出現這種情況，glCheckFramebufferStatusEXT將返回GL_FRAMEBUFFER_UNSUPPORTED_EXT.

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示例：渲染到紋理

有時，你可能需要生成動態的紋理，如做鏡面效果、動態立方體/環境貼圖、陰影等效果時。動態紋理

可以通過將渲染的場影繪製到紋理上來完成這些效果。傳統解決渲染到紋理的方法是將場景繪製到普通的幀快取上，然後用glCopyTexSubImage2D拷貝幀快取影象到紋理上。

使用FBO，我們可以直接將場景繪製到紋理上，而用不著window系統提供的幀快取。而且，我們可以減少資料拷貝（從幀快取到紋理）的過程。

例程中提供了用FBO和不用FBO來完成渲染到紋理的程式碼，以例比較它們的效能。除了效能上的優點，如果紋理分辯率大於無FBO模式下渲染視窗的大小，視窗區域外的部分將被裁剪，但FBO不會出現這種問題。你可以生成比顯示視窗大得多的幀快取影象。

   以下程式碼在渲染迴圈啟動之前，先對FBO和幀快取可關聯影象進行了設定（初始化）。程式中，不僅紋理影象關聯到FBO，一個渲染快取影象也關聯到FBO的深度關聯點。我們並沒有實際用到這個深度快取，只不過，FBO本身需要用它來做深度測試。我們如果沒有把一個深度可渲染影象關聯到FBO，那麼可能會因為不能進行深度測試而無法進行成功渲染。如果渲染過程中需要模板測試，也可以在程式中加上可渲染影象與GL_STENCIL_ATTACHMENT_EXT關聯。

渲染到紋理的過程和普通繪製過程一樣。我們只需將渲染的目的地放在FBO即可。

注意，glGenerateMipmapEXT（）也是作為FBO擴充套件的一部分，用於在修改紋理影象的基級(base level)之後，顯式生成mipmap。如果GL_GENERATE_MIPMAP設定為GL_TRUE,glTex{Sub}Image2D()和glCopyTex{Sub}Image2D()將啟用自動mipmap的生成。然而，在紋理的基級修改後，FBO不會自動生成它的MIPMAP。這是因為FBO不呼叫glCopyTex{Sub}Image2D()來修改紋理。因此，glGenerateMipmapEXT()必須顯式的呼叫來生成mipmap。

參考文章