第十四课: 渲染到纹理 · opengl

# 第十四课: 渲染到纹理 # 第十四课：渲染到纹理 “渲染到纹理”是一系列特效方法之一。基本思想是：像通常那样渲染一个场景——只是这次是渲染到可以重用的纹理中。应用包括：游戏（in-game）相机、后期处理（post-processing）以及你能想象到一切. ## 渲染到纹理我们有三个任务：创建要渲染的纹理对象；将纹理渲染到对象上；使用生成的纹理。 ## 创建渲染目标（Render Target）我们要渲染的对象叫做帧缓存。它像一个容器，用来存纹理和一个可选的深度缓冲区(depth buffer)。在OpenGL中我们可以像创建其他对象一样创建它: ``` <pre class="calibre16">``` // The framebuffer, which regroups 0, 1, or more textures, and 0 or 1 depth buffer. GLuint FramebufferName = 0; glGenFramebuffers(1, &amp;FramebufferName); glBindFramebuffer(GL_FRAMEBUFFER, FramebufferName); ``` ``` 现在需要创建纹理，纹理中包含着色器的RGB输出。这段代码非常的经典： ``` <pre class="calibre16">``` // The texture we're going to render to GLuint renderedTexture; glGenTextures(1, &amp;renderedTexture); // "Bind" the newly created texture : all future texture functions will modify this texture glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, renderedTexture); // Give an empty image to OpenGL ( the last "0" ) glTexImage2D(GL_TEXTURE_2D, 0,GL_RGB, 1024, 768, 0,GL_RGB, GL_UNSIGNED_BYTE, 0); // Poor filtering. Needed ! glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MAG_FILTER, GL_NEAREST); glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_NEAREST); ``` ``` 同时还需要一个深度缓冲区（depth buffer）。这是可选的，取决于纹理中实际需要画的东西；由于我们渲染的是小猴Suzanne，所以需要深度测试。 ``` <pre class="calibre16">``` // The depth buffer GLuint depthrenderbuffer; glGenRenderbuffers(1, &amp;depthrenderbuffer); glBindRenderbuffer(GL_RENDERBUFFER, depthrenderbuffer); glRenderbufferStorage(GL_RENDERBUFFER, GL_DEPTH_COMPONENT, 1024, 768); glFramebufferRenderbuffer(GL_FRAMEBUFFER, GL_DEPTH_ATTACHMENT, GL_RENDERBUFFER, depthrenderbuffer); ``` ``` 最后，配置frameBuffer。 ``` <pre class="calibre16">``` // Set "renderedTexture" as our colour attachement #0 glFramebufferTexture(GL_FRAMEBUFFER, GL_COLOR_ATTACHMENT0, renderedTexture, 0); // Set the list of draw buffers. GLenum DrawBuffers[2] = {GL_COLOR_ATTACHMENT0}; glDrawBuffers(1, DrawBuffers); // "1" is the size of DrawBuffers ``` ``` 这个过程中可能出现一些错误，取决于GPU的性能；下面是检查的方法： ``` <pre class="calibre16">``` // Always check that our framebuffer is ok if(glCheckFramebufferStatus(GL_FRAMEBUFFER) != GL_FRAMEBUFFER_COMPLETE) return false; ``` ``` ## 渲染到纹理渲染到纹理很直观。简单地绑定帧缓存，然后像往常一样画场景。轻松搞定！ ``` <pre class="calibre16">``` // Render to our framebuffer glBindFramebuffer(GL_FRAMEBUFFER, FramebufferName); glViewport(0,0,1024,768); // Render on the whole framebuffer, complete from the lower left corner to the upper right ``` ``` fragment shader只需稍作调整： ``` <pre class="calibre16">``` layout(location = 0) out vec3 color; ``` ``` 这意味着每当修改变量“color”时，实际修改了0号渲染目标；这是因为之前调用了`glFramebufferTexture(GL\_FRAMEBUFFER, GL\_COLOR\_ATTACHMENT0, renderedTexture, 0); 注意：最后一个参数表示mipmap的级别，这个0和GL\_COLOR\_ATTACHMENT0没有任何关系。 ## 使用渲染出的纹理我们将画一个简单的铺满屏幕的四边形。需要buffer、shader、ID…… ``` <pre class="calibre16">``` // The fullscreen quad's FBO GLuint quad_VertexArrayID; glGenVertexArrays(1, &quad_VertexArrayID); glBindVertexArray(quad_VertexArrayID); static const GLfloat g_quad_vertex_buffer_data[] = { -1.0f, -1.0f, 0.0f, 1.0f, -1.0f, 0.0f, -1.0f, 1.0f, 0.0f, -1.0f, 1.0f, 0.0f, 1.0f, -1.0f, 0.0f, 1.0f, 1.0f, 0.0f, }; GLuint quad_vertexbuffer; glGenBuffers(1, &quad_vertexbuffer); glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, quad_vertexbuffer); glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(g_quad_vertex_buffer_data), g_quad_vertex_buffer_data, GL_STATIC_DRAW); // Create and compile our GLSL program from the shaders GLuint quad_programID = LoadShaders( "Passthrough.vertexshader", "SimpleTexture.fragmentshader" ); GLuint texID = glGetUniformLocation(quad_programID, "renderedTexture"); GLuint timeID = glGetUniformLocation(quad_programID, "time"); ``` ``` 现在想渲染到屏幕上的话，必须把glBindFramebuffer的第二个参数设为0。 ``` <pre class="calibre16">``` // Render to the screen glBindFramebuffer(GL_FRAMEBUFFER, 0); glViewport(0,0,1024,768); // Render on the whole framebuffer, complete from the lower left corner to the upper right ``` ``` 我们用下面这个shader来画全屏的四边形： ``` <pre class="calibre16">``` #version 330 core in vec2 UV; out vec3 color; uniform sampler2D renderedTexture; uniform float time; void main(){ color = texture( renderedTexture, UV + 0.005*vec2( sin(time+1024.0*UV.x),cos(time+768.0*UV.y)) ).xyz; } ``` ``` 这段代码只是简单地采样纹理，加上一个随时间变化的微小偏移。 ## 结果 ![](https://box.kancloud.cn/2015-11-02_5636f308caa98.png) ## 进一步探索 ## 使用深度在一些情况下，使用已渲染的纹理可能需要深度。本例中，像下面这样，简单地渲染到纹理中： ``` <pre class="calibre16">``` glTexImage2D(GL_TEXTURE_2D, 0,GL_DEPTH_COMPONENT24, 1024, 768, 0,GL_DEPTH_COMPONENT, GL_FLOAT, 0); ``` ``` (“24”是精度。你可以按需从16,24,32中选。通常24刚好) 上面这些已经足够您起步了。课程源码中有完整的实现。运行可能有点慢，因为驱动无法使用[Hi-Z](http://developer.amd.com/media/gpu_assets/Depth_in-depth.pdf)这类优化。下图的深度层次已经经过手动“优化”。通常，深度纹理不会这么清晰。深度纹理中，近 = Z接近0 = 颜色深；远 = Z接近1 = 颜色浅。 ![](https://box.kancloud.cn/2015-11-02_5636f30901503.png) ## 多重采样能够用多重采样纹理来替代基础纹理：只需要在C++代码中将glTexImage2D替换为[glTexImage2DMultisample](http://www.opengl.org/sdk/docs/man3/xhtml/glTexImage2DMultisample.xml)，在fragment shader中将`sampler2D/texture`替换为`sampler2DMS/texelFetch`。但要注意：`texelFetch`多出了一个参数，表示采样的数量。换句话说，就是没有自动“滤波”（在多重采样中，正确的术语是“分辨率（resolution）”）功能。所以需要你自己解决多重采样的纹理，另外，非多重采样纹理，是多亏另一个着色器。没有什么难点，只是体积庞大。 ## 多重渲染目标你可能需要同时写多个纹理。简单地创建若干纹理（都要有正确、一致的大小！），调用glFramebufferTexture，为每一个纹理设置一个不同的color attachement，用更新的参数（如`(2,{GL_COLOR_ATTACHMENT0,GL_COLOR_ATTACHMENT1,GL_DEPTH_ATTACHMENT})`一样）调用glDrawBuffers，然后在片断着色器中多添加一个输出变量： ``` <pre class="calibre16">``` layout(location = 1) out vec3 normal_tangentspace; // or whatever ``` ``` 提示1：如果真需要在纹理中输出向量，浮点纹理也是有的，可以用16或32位精度代替8位……看看[glTexImage2D](http://www.opengl.org/sdk/docs/man/xhtml/glTexImage2D.xml)的参考手册（搜GL\_FLOAT）。提示2：对于以前版本的OpenGL，请使用glFragData\[1\] = myvalue。 ## 练习 - 试使用`glViewport(0,0,512,768)`代替`glViewport(0,0,1024,768)`；（帧缓存、屏幕两种情况都试试） - 在最后一个fragment shader中尝试一下用其他UV坐标 - 试用一个真正的变换矩阵变换四边形。首先用硬编码方式。然后尝试使用`controls.hpp`里面的函数，观察到了什么现象？ > © <http://www.opengl-tutorial.org/> > Written with [StackEdit](https://stackedit.io/).