OpenGL3.0教程 第十四课:渲染到纹理


OpenGL3.0教程

原文链接:http://www.opengl-tutorial.org/intermediate-tutorials/tutorial-12-opengl-extensions/

原译文链接: https://github.com/cybercser/OpenGL_3_3_Tutorial_Translation/blob/master/Tutorial%2014%20%20Render%20To%20Texture%20opengl-tutorial.org.md

“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:

// The framebuffer, which regroups 0, 1, or more textures, and 0 or 1 depth buffer.
GLuint FramebufferName = 0;
glGenFramebuffers(1, &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:

// The texture we're going to render to
GLuint renderedTexture;
glGenTextures(1, &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。

// The depth buffer
GLuint depthrenderbuffer;
glGenRenderbuffers(1, &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。

// 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:

// 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!

// 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:
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……

// 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。

// 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:

#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

wavvy-1024x793

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:

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。

wavvydepth-1024x793

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,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:

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?

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