OpenGL 从入门到成魔-第7章-纹理和纹理坐标

注：参考自bilibili系列视频，OpenGL 从入门到成魔-第7章-纹理和纹理坐标，更详细的内容可以从视频获取 >

您好，在Unity中，您可以使用[Sampler]标签来指定插值方式，比如[Sampler] _MainTex（linear），表示将使用线性插值方式处理_MainTex纹理中的像素。另外，在Unity中您还可以使用[Filter]标签来指定纹理的过滤模式，比如[Filter] _MainTex（Point），表示将使用点过滤模式来处理_MainTex纹理中的像素。

格式，如 jpg/png 等

纹理格式，如 ETC1/ETC2/PVRTC/ASTC等

电脑硬盘上的文件用来保存图形或图像的信息，包括大小、颜色等。的格式很多，但总体上可以分为 点阵图 和矢量图两种。

常见的位图格式：

考虑无压缩的 bmp 格式位图，文件在硬盘上的大小和以下几个因素有关

文件被加载到内存后，被转换为显卡能够识别的 纹理 提交到显存中，供 GPU 进行采样，纹理采样是根据 uv 坐标获得对应纹理中 纹素 颜色值的过程。

不同的显卡和图形API对纹理格式的支持不一样，RGBA32被显卡和图形API完全支持，DirectX特有的DXTx只有微软的部分设备支持，Android设备广泛支持ETC系列，iOS则支持 PVRTC 系列。

CPU将从硬盘加载到内存中，进行解码得到 RGBA32 格式位图，然后在 CPU 端进行编码，得到GPU支持的纹理格式，提交到显存供 GPU 采样访问。

这个过程中需要进行解码、重新编码，非常消耗 CPU，为了减少 CPU 的消耗，因此可以把预先转换成某种纹理格式放到硬盘上，CPU 加载后不需要解码和重新编码，直接提交给 GPU。大大节省了纹理从加载到使用的性能。

在Unity中，任何文件格式都存在一个导入过程，导入后的文件格式都是Texture2D，在Texture2D的导入设置选项中需要针对不同平台设置纹理压缩格式，在构建时，会直接将转换后的纹理格式构建到安装包或 assetbundle 中。

使用纹理压缩格式的好处

GPU 通常并行处理若干数据，无法预测纹理中纹素被访问的先后顺序，因此纹理格式必须支持GPU的 随机访问 ：

几乎所有的纹理压缩算法都 以块为单位 压缩和存储纹素，可以理解为，每个纹素块(通常为4x4)占用的字节数是确定的，所以当我们需要访问某一个坐标的纹素时，可以明确得到该纹素所在块的数据，GPU纹理采样单元针对该块进行解压，读取对应纹素数据即完成采样。

而jpeg/png这类压缩算法考虑了的整体数据，像素数据之间互相依赖，无法针对其中某一块进行解压，必须全部解压才能正确访问纹素，所以不适宜作为纹理格式。

纹理压缩算法几乎都是有损压缩，通常情况下有限度的信息损失换到的性能上的提升是值得的。

如果使用了硬件不支持的纹理压缩格式，Unity在运行时会对纹理进行解压所到无压缩格式，而这种无压缩格式只是格式上是无压缩的，但是因为原始数据是有损压缩，所以视觉上纹理精度和压缩格式是一致的，因此单从视觉上很难察觉，而且占用的内存是双份纹理的开销，而带宽开销是无压缩格式的纹理大小所占用的开销。

例如：ETC格式在PC端Dx11的显卡是不支持的，如果使用，开销计算如下

1024 x 1024 ETC2 8bit的格式在PC端，会产生5M的内存开销(1M压缩的原图+4M解压出来的RGBA32bit图)

1024 x 1024 ETC 4bit格式在PC端，会产生45M的内存开销(05M压缩的原图+4M解压出来的RGBA32bit图)

而如果贴图格式在目标设备上支持，则不会发生内存中的解压缩 *** 作，压缩过的图大小是多少，在内存中的设备上大小就是多少：

1024 x 1024 ETC2 8bit的格式在Android端，会产生1M的内存开销(1M压缩的原图)

1024 x 1024 ETC 4bit格式在Android端，会产生05M的内存开销(05M压缩的原图)

纹理压缩是一次性的工作，例如 Unity 在导入资源时会有一段转换时间，被处理成对应的纹理格式后存储了下来，此时纹理压缩的速度慢一些是可以接受的

GPU 对纹理进行采样时，通常只会解压一个纹素块，不会全部解压，这个过程本身就是很快的

无论纹理坐标是否单位化，缺省条件下（默认）纹理引用使用浮点坐标，范围[0,N-1],N是纹理在相应维度的大小（因为可以进行采样到两个纹理坐标的中间值，所以变化范围是浮点型的）。例如，纹理大小为6432,则引用的坐标就是x和y维在[0,63]和[0,31]上的值，单位化的纹理坐标就是纹理索引在[00,10-1/N]而不是[0,N-1],所以6432的数据纹理的横纵坐标索引都可以用[00,1-1/N]来进行索引。

fetch的时候越界是合法的，默认会把非单位化的坐标进行压缩到[0,N)，单位化的压缩到[0,10)。如果设定边界（border）模式,则越界的会返回0，对于单位化的坐标，有warp mode和mirror mode,warp mode时，假设如果采样点为x（如11），则采样值为xfloor(x),这里的floor(x)是比x小的最大的整数值，这里为1。Mirror模式中，floor(x)为偶数，则采样值为xfloor(x)，如果为奇数，则采样值为1-xfloor(x)。

这是用CUDA从底层进行采样做的。OPENGL中就简单了，直接按照浮点从单位化的[0,1]采样就可以了。本人图形学专业，纯手打望采纳。

利用GLSL自定义的着色去加载一张，效果图如下

整体流程图如下

流程中主要分为4个模块

项目的创建及自定义视图创建等，这里不作过多说明，主要说说着色器文件是如何创建的

自定义的着色器本质上其实是一个字符串，且在Xcode中编写时，是没有任何提示的，所以需要格外仔细！

顶点着色器

片与着色器

初始化主要分为4部分

setupLayer函数：创建图层

layer主要是用于显示OpenGL ES绘制内容的载体

setupContext函数：创建上下文

上下文主要是用于保存 OpenGL ES 中的状态，是一个状态机，不论是 GLKit 还是 GLSL ，都是需要 context 的，主要创建流程如下

deleteRenderAndFrameBuffer函数：清理缓存区

清理缓冲区的目的在于清除残留数据，防止残留数据对本次 *** 作造成影响

需要清空两个缓存区： RenderBuffer和FrameBuffer

设置RenderBUffe & FrameBuffer

首先了解一下RenderBuffer和FrameBuffer

两者间的关系如下图：

setupRenderBuffer函数

主要是创建 RenderBufferID 并申请标识符，将标识符绑定至 GL_RENDERBUFFER ，并且将 layer 的相关存储绑定到 RenderBuffer 对象

setupFrameBuffer函数

主要是创建 FrameBuffer 的ID并申请标识符，将标识符绑定至 GL_FRAMEBUFFER ，然后将 RenderBuffer 通过 glFramebufferRenderbuffer 函数绑定到 FrameBuffer 中的 GL_COLOR_ATTACHMENT0 附着点上，通过 FrameBuffer 来管理 RenderBuffer ， RenderBuffer 存储相关数据到相应缓存区

绘制的整体流程图所示:

主要包含5部分

初始化

需要注意的是，需要将视口的大小设置为与屏幕大小一致

GLSL自定义着色器加载

自定义着色器的加载主要分为以下几步

读取自定义着色器

读取自定义着色器文件的前提是需要获得文件的路径，将其传入 loadShaders 函数进行加载

loadShaders函数 & compileShader函数

loadShaders 函数:分别将顶点着色器和片元着色器编译完成后，并返回着色器对应的 ID ，然后通过 glAttachShader 函数将顶点和片元的 shader 分别附着到 program 上，然后释放不再使用的 shader ，并赋值给全局的 program

链接program

使用program

通过 glUseProgram 函数来使用链接成功的 program

顶点数据设置及处理

通过数组存储顶点数据，并将顶点坐标和纹理坐标读取到自定义的顶点着色器中

分为以下三步

开辟顶点缓存区

开启顶点缓存区，这部分其实跟之前使用 GLKit 框架开启缓存区步骤是一致的，没什么变化，有以下四步

打开顶点/片元的通道

在 iOS 中， attribute 通道默认是关闭的，需要手动开启，而数据有顶点坐标和纹理坐标两种，需要分别开启两次，这里的开启与 GLKit 框架中是有所区别的，

使用自定义着色器打开通道，一般有以下三步（相对于 GLKit 而言，只多了一个获取入口的步骤，后面两步是没有多大变化的）

加载纹理

这部分的内容主要是将 png/jpg 解压成位图，并通过自定义着色器读取纹理每个像素点的纹素，包含两部分

setupTexture函数

将 png/jpg 解压成位图，加载成纹理数据，其中纹理的解压缩使用的都是 CoreGraphic ，加载纹理的流程如下图

设置纹理采样器

主要是获取纹理中对应像素点的的颜色值，即纹素

绘制

开始绘制，存储到 RenderBuffer ,从 RenderBuffer 将显示到屏幕上

调用 glDrawArrays 函数指定图元连接方式进行绘制

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