glDrawArrays与glDrawElements

在OpenGL ES渲染管线中，glDrawArrays和glDrawElements是触发图元渲染的两大核心函数。

二者的核心差异在于顶点数据的使用方式：glDrawArrays直接按顺序读取顶点缓冲区数据，无法复用顶点；glDrawElements通过索引缓冲区（IBO/EBO）指定顶点使用顺序，支持顶点复用。

理解这种差异是优化渲染性能、适配复杂模型的关键。

glDrawArrays

glDrawArrays是最简单的渲染调用方式，它从顶点缓冲区的指定位置开始，按连续顺序读取顶点数据，组装成图元。

无需额外索引，适合结构简单、顶点复用少的场景。

1.1 基本定义

函数原型（OpenGL ES 2.0/3.x通用）：

void glDrawArrays(GLenum mode, GLint first, GLsizei count);

作用：根据mode指定的图元类型（如GL_TRIANGLES），从顶点缓冲区的第first个顶点开始，连续读取count个顶点，完成渲染。

1.2 关键参数解析

参数名	类型	核心作用	示例
mode	GLenum	指定图元类型，如GL_POINTS、GL_LINES、GL_TRIANGLES	渲染三角形用GL_TRIANGLES
first	GLint	顶点缓冲区中起始顶点的索引（从0开始）	从第0个顶点开始取数据用0
count	GLsizei	需读取的顶点总数	渲染2个三角形（6个顶点）用6

1.3 工作流程

1. 绑定顶点缓冲区：通过glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, vboId)绑定存储顶点数据的VBO；
2. 配置顶点属性：通过glVertexAttribPointer指定顶点数据的格式（如每个顶点3个位置分量）；
3. 触发渲染：调用glDrawArrays，GPU按顺序从VBO的first位置读取count个顶点；
4. 组装图元：根据mode的规则（如GL_TRIANGLES每3个顶点组成一个三角形），完成图元装配并光栅化。

1.4 代码示例：用glDrawArrays画2个相邻三角形

需求：绘制两个共用一条边的三角形（组成一个矩形），需6个顶点（其中2个顶点重复存储）。

// 1. 定义顶点数据（2个三角形，6个顶点，重复存储顶点1和2）
float[] vertices = {
    // 三角形1（0,1,2）
    -0.5f, 0.5f, 0.0f,  // 0: 左上
    -0.5f, -0.5f, 0.0f, // 1: 左下（重复）
    0.5f, -0.5f, 0.0f,  // 2: 右下（重复）
    // 三角形2（0,2,3）
    -0.5f, 0.5f, 0.0f,  // 0: 左上（重复）
    0.5f, -0.5f, 0.0f,  // 2: 右下（重复）
    0.5f, 0.5f, 0.0f    // 3: 右上
};

// 2. 创建并绑定VBO
int[] vbo = new int[1];
GLES20.glGenBuffers(1, vbo, 0);
GLES20.glBindBuffer(GLES20.GL_ARRAY_BUFFER, vbo[0]);
// 将顶点数据写入VBO
GLES20.glBufferData(GLES20.GL_ARRAY_BUFFER, vertices.length * 4, 
                    createFloatBuffer(vertices), GLES20.GL_STATIC_DRAW);

// 3. 配置顶点属性（位置分量）
int aPositionLoc = GLES20.glGetAttribLocation(programId, "aPosition");
GLES20.glEnableVertexAttribArray(aPositionLoc);
GLES20.glVertexAttribPointer(
    aPositionLoc, 3, GLES20.GL_FLOAT, false, 
    3 * 4, 0 // 每个顶点3个float，步长12字节，偏移0
);

// 4. 调用glDrawArrays渲染（6个顶点，图元类型GL_TRIANGLES）
GLES20.glDrawArrays(GLES20.GL_TRIANGLES, 0, 6);

// 5. 清理状态
GLES20.glDisableVertexAttribArray(aPositionLoc);
GLES20.glBindBuffer(GLES20.GL_ARRAY_BUFFER, 0);

关键问题：顶点1（左下）和顶点2（右下）被两个三角形重复使用，但需在VBO中存储2次，造成内存冗余。

glDrawElements

glDrawElements是更高效的渲染方式，它通过索引缓冲区（IBO/EBO） 指定顶点的使用顺序，实现顶点复用——相同顶点只需在VBO中存储一次，通过索引重复引用。

这种方式在复杂3D模型中能大幅减少内存开销和数据传输量。

2.1 基本定义

函数原型（OpenGL ES 2.0/3.x通用）：

void glDrawElements(GLenum mode, GLsizei count, GLenum type, const void *indices);

作用：根据mode指定的图元类型，通过indices指向的索引缓冲区，读取对应的顶点数据，组装成图元。

2.2 关键参数解析

参数名	类型	核心作用	示例
mode	GLenum	图元类型，与glDrawArrays一致	GL_TRIANGLES
count	GLsizei	索引数组的元素总数（不是顶点数）	6个索引对应2个三角形
type	GLenum	索引数据的类型（必须是无符号整数）	GL_UNSIGNED_SHORT（常用）、GL_UNSIGNED_BYTE
indices	const void *	索引缓冲区的偏移量（绑定IBO后，此参数为偏移值，非指针）	从索引缓冲区起始位置读取用0

2.3 工作流程

1. 绑定VBO和IBO：分别绑定存储顶点数据的VBO和存储索引数据的IBO；
2. 配置顶点属性：与glDrawArrays一致，指定顶点数据格式；
3. 触发渲染：调用glDrawElements，GPU先从IBO读取count个索引；
4. 索引查顶点：根据每个索引的值，到VBO中查找对应的顶点数据；
5. 组装图元：按mode规则组装图元，完成渲染。

2.4 代码示例：用glDrawElements画2个相邻三角形

需求：与上例相同，但通过索引复用顶点，仅需4个顶点+6个索引。

// 1. 定义顶点数据（4个独特顶点，无重复）
float[] vertices = {
    -0.5f, 0.5f, 0.0f,  // 0: 左上
    -0.5f, -0.5f, 0.0f, // 1: 左下
    0.5f, -0.5f, 0.0f,  // 2: 右下
    0.5f, 0.5f, 0.0f    // 3: 右上
};

// 2. 定义索引数据（6个索引，对应2个三角形：0,1,2 和 0,2,3）
short[] indices = {0, 1, 2, 0, 2, 3};

// 3. 创建并绑定VBO（存储顶点数据）
int[] vbo = new int[1];
GLES20.glGenBuffers(1, vbo, 0);
GLES20.glBindBuffer(GLES20.GL_ARRAY_BUFFER, vbo[0]);
GLES20.glBufferData(GLES20.GL_ARRAY_BUFFER, vertices.length * 4, 
                    createFloatBuffer(vertices), GLES20.GL_STATIC_DRAW);

// 4. 创建并绑定IBO（存储索引数据）
int[] ibo = new int[1];
GLES20.glGenBuffers(1, ibo, 0);
GLES20.glBindBuffer(GLES20.GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, ibo[0]);
GLES20.glBufferData(GLES20.GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, indices.length * 2, 
                    createShortBuffer(indices), GLES20.GL_STATIC_DRAW);

// 5. 配置顶点属性（位置分量）
int aPositionLoc = GLES20.glGetAttribLocation(programId, "aPosition");
GLES20.glEnableVertexAttribArray(aPositionLoc);
GLES20.glVertexAttribPointer(
    aPositionLoc, 3, GLES20.GL_FLOAT, false, 
    3 * 4, 0
);

// 6. 调用glDrawElements渲染（6个索引，类型GL_UNSIGNED_SHORT）
GLES20.glDrawElements(
    GLES20.GL_TRIANGLES, 6, 
    GLES20.GL_UNSIGNED_SHORT, 0 // 索引偏移0
);

// 7. 清理状态（注意：IBO需最后解绑）
GLES20.glDisableVertexAttribArray(aPositionLoc);
GLES20.glBindBuffer(GLES20.GL_ARRAY_BUFFER, 0);
GLES20.glBindBuffer(GLES20.GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, 0);

核心优势：顶点数据从6个减少到4个，内存占用降低约33%；若模型复杂（如立方体、人物），顶点复用率更高，内存节省效果更显著。

核心差异对比

对比维度	glDrawArrays	glDrawElements
顶点复用能力	无。顶点需按顺序连续使用，重复顶点必须重复存储	有。通过索引重复引用VBO中的顶点，无需重复存储
内存开销	高。复杂模型中重复顶点多，VBO体积大	低。VBO仅存储独特顶点，IBO体积小（索引多为2字节）
数据传输量	大。每次渲染需传输更多顶点数据到GPU	小。仅传输索引+独特顶点，带宽占用低
渲染效率	简单场景高效（无索引查找），复杂场景低效	复杂场景高效（硬件优化索引查找，抵消额外开销）
适用场景	简单图形（点、线、单个三角形、矩形）、粒子系统	复杂3D模型（立方体、人物、场景）、需复用顶点的图形
灵活性	低。顶点使用顺序固定，无法自定义	高。通过索引可任意调整顶点顺序，支持复杂拓扑（如凹多边形）
额外依赖	仅需VBO（顶点缓冲区）	需VBO+IBO（索引缓冲区），多一步IBO管理
索引类型支持	不支持索引	支持GL_UNSIGNED_BYTE（最大256顶点）、GL_UNSIGNED_SHORT（最大65536顶点）

实践选择策略

选择依据：场景优先

1. 优先用glDrawArrays的场景：

   • 渲染简单图形：如单个三角形、线段、点集（如粒子系统，每个粒子是独立点）；
   • 顶点无复用：如连续的独立三角形（无共用边/顶点）；
   • 追求代码简洁：无需管理IBO，适合快速验证功能（如测试着色器）。

2. 优先用glDrawElements的场景：

   • 复杂3D模型：如立方体（8个顶点→36个索引）、人物模型（数万顶点，大量复用）；
   • 需节省内存/带宽：移动设备内存有限，减少VBO体积可降低内存压力；
   • 自定义顶点顺序：如绘制凹多边形（通过索引调整顶点顺序，避免图元异常）。

常见误区

1. “glDrawElements代码复杂，没必要用”：
   虽然glDrawElements需多管理一个IBO，但现代开发中，建模工具（如Blender、Maya）导出模型时会自动生成索引，无需手动编写；且复杂模型的内存节省收益远大于代码复杂度。

2. “glDrawElements有索引查找，效率更低”：
   现代GPU有专门的硬件单元优化索引查找（如索引缓存），额外开销极小；而减少顶点数据传输（内存带宽是移动设备的常见瓶颈）带来的效率提升，远超过索引查找的开销。

3. “索引类型随便选，用GL_UNSIGNED_BYTE就行”：
   GL_UNSIGNED_BYTE仅支持最大256个顶点，超过此数量会导致索引溢出；复杂模型需用GL_UNSIGNED_SHORT（支持最大65536个顶点），OpenGL ES 3.0+还支持GL_UNSIGNED_INT（支持更多顶点）。

总结

glDrawArrays和glDrawElements的核心差异是是否通过索引复用顶点：前者简单直接，适合简单场景；后者高效灵活，是复杂3D渲染的标配。

二者没有绝对的“优劣”，而是针对不同场景的优化选择——理解顶点复用的价值，是掌握OpenGL ES渲染性能优化的关键一步。