OpenGL 中关于纹理的理解

纹理

• 什么是纹理

  纹理是 GPU 上的图像对象。png 先解码成像素，再上传。

• 为什么需要纹理

  shader 按坐标采样图像，例如颜色、法线。

• 一张 png 如何交给 shader

  • 先把 png 解码成像素
  • 再把像素从 CPU 传到 GPU
  • shader 按坐标采样

OpenGL 中的函数

• glGenTextures：分配纹理名字（texture）
• glActiveTexture：选中纹理单元（GL_TEXTURE0）
• glBindTexture：把纹理对象绑到该单元的 GL_TEXTURE_2D
• glTexImage2D：把像素写入当前绑定的纹理对象
• glGetUniformLocation：取得 shader 里 tex 的 location
• glUniform1i：让 tex 指向纹理单元 0

数据流向：

pixels → Texture Object → 绑到某个 Unit 的 GL_TEXTURE_2D → sampler 保存单元编号

调用顺序：

glActiveTexture → glBindTexture → glTexImage2D → glUseProgram → glGetUniformLocation → glUniform1i

glUniform1i 写的是单元编号。

一些问题

• 1. 为什么需要纹理对象

  • 纹理对象保存一份图像和它的采样参数
  • glBindTexture 之后，后续 glTex* 都作用在这个对象上
  • 只用一张图时，可以绑默认名字 0
  • 多张图就各生成一个对象。glGenTextures 分配名字，第一次 bind 才建立对象

• 2. GL_TEXTURE0 与 GL_TEXTURE_2D

  • GL_TEXTURE0 是纹理单元，还有 GL_TEXTURE1、GL_TEXTURE2
  • GL_TEXTURE_2D 是单元上的 target，还有 GL_TEXTURE_1D、GL_TEXTURE_CUBE_MAP
  • 关系是 unit[单元][target] = 纹理对象
  • 纹理对象第一次绑定后，target 就固定了

• 3. GL_TEXTURE0 与 glUniform1i 的 0

  • 都表示单元 0，传入的数不同
  • glActiveTexture 传 GL_TEXTURE0（0x84C0），表示正在修改单元 0
  • glUniform1i 传整数 0，表示 shader 从单元 0 采样
  • 单元 i：glActiveTexture(GL_TEXTURE0 + i)，glUniform1i(loc, i)

• 4. glActiveTexture 不是激活纹理的意思

  • 就纹理来说，它多了一个概念：纹理单元（类似纹理数组），Active 就是选中具体哪一个纹理单元
  • 像 Buffer、VAO Object，它们就不需要 Active 函数；它们只有 glGenBuffers → glBindBuffer，glGenVertexArrays → glBindVertexArray

• 5. OpenGL 状态机

上下文
  Texture Unit          glActiveTexture 选中
    GL_TEXTURE_2D       glBindTexture
      Texture Object    glGenTextures
  Buffer Target         glBindBuffer
    Buffer Object       glGenBuffers
  VAO                   glBindVertexArray
    VAO Object          glGenVertexArrays
  FBO                   glBindFramebuffer
    Attachment
      Texture / Renderbuffer
  Program               glUseProgram
    glCreateShader → 编译 → glCreateProgram → attach → link

FBO 附件和纹理单元是两条绑定。

C++ 代码

program 已链接，vao 已绑好索引缓冲，pixels 是解码后的紧密 RGBA8。

// ===========================
// 1. 创建 Texture Object
// ===========================

GLuint texture;
glGenTextures(1, &texture);


// ===========================
// 2. 选择 Texture Unit 0
// ===========================

glActiveTexture(GL_TEXTURE0);


// ===========================
// 3. 把 Texture Object
//    绑定到 Unit 0
// ===========================

glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, texture);


// ===========================
// 4. 上传图片
// ===========================

glTexImage2D(
    GL_TEXTURE_2D,
    0,
    GL_RGBA,
    width,
    height,
    0,
    GL_RGBA,
    GL_UNSIGNED_BYTE,
    pixels
);

// 只上传了 level 0，缩小过滤设为 GL_LINEAR
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_LINEAR);


// ===========================
// 5. Shader 中的 sampler
//    指向 Unit 0
// ===========================

glUseProgram(program);

GLint texLocation =
    glGetUniformLocation(program, "tex");

glUniform1i(texLocation, 0);


// ===========================
// 6. 绘制
// ===========================

glBindVertexArray(vao);

glDrawElements(
    GL_TRIANGLES,
    6,
    GL_UNSIGNED_INT,
    nullptr
);

shader 代码

uv 由顶点着色器传入，一般在 [0, 1]。

#version 330 core

in vec2 uv;
out vec4 FragColor;

uniform sampler2D tex;

void main()
{
    FragColor = texture(tex, uv);
}