【转】OpenGL随笔(1)—— mipmap 详解

注:本文使用的全部 OpenGL 函数来自 OpenGL 4.5,优先使用 DSA。markdown

  使用 mipmap 时,OpenGL 根据被映射对象的大小(单位是像素),自动决定使用纹理图的哪一个分辨率级别。mipmap 表示着纹理的层次细节(LOD),随着对象图像变小,使用纹理图的大小将减小。mipmap 须要一些额外的计算和纹理存储空间(大概三分之一),但这些消耗是值得的,若是不使用 mipmap ,那么映射到更小图像上的纹理将随着物体移动而闪烁。 
  OpenGL 的 mipmap 省去了纹素大小和多边形大小的缩放因子 λ 的详细讨论,不更改则使用默认值。下文将使用默认的 mipmap 参数,最后会讨论控制 λ 的细节。 
  参数 GL_TEXTURE_MIN_FILTER 控制在 mipmap 级数大于 0 时如何重建纹素。这个参数共有 6 个设置。前两个与用于放大的相同,GL_NEAREST 和 GL_LINEAR。选择这两个参数会禁用 mipmap,OpenGL 将使用纹理的基数级(级数0)。其余四个模式启用 mipmap,并控制着 mipmap 的使用。这四个值分别是 GL_NEAREST_MIPMAP_NEAREST、GL_LINEAR_MIPMAP_NEAREST、GL_NEAREST_MIPMAP_LINEAR、GL_LINEAR_MIPMAP_LINEAR。名字结构的第一部分控制纹素的构造,表示当前采用纹理的构造方式;第二部分控制 mipmap 级之间采样模式,NEAREST 表示只使用最近的 mipmap 级,LINEAR 则表示最近的两个 mipmap 线性插值。 
  为了使用 mipmap,必须提供纹理在最大尺寸和 1x1 图之间的全部大小是 2 的幂的纹理级别。若是不想使用 mipmap 到 1x1 纹理的全部变化,能够将 GL_TEXTURE_MAX_LEVEL 的值设置为提供的最大级数,而且 OpenGL 不会考虑更进一步的级别。若是纹理最高级别的分辨率不是正方形,那么一个维度将比另一个首先到达大小为 1 的纹素。在这种状况下,将继续对这个维度建立新的层级,直到两个维度到达 1x1 的形式为止。例如,若是最高分辨率是 64x16,则必须提供大小 32x8,16x4,8x2,4x1,2x1 和 1x1。mipmap 小图纹素的获取对应于大图 4 个纹素的加权平均。 
  须要特别注意的一点是 glTextureStorage* 生成的纹理空间是不可变的,也就是说不可使用 glGenerateTextureMipmap 来自动生成函数,而只能用 glTextrueSubImage2D 来手动载入各级纹理;试图让 OpenGL 自动生成 mipmap,请使用 glTextureImage*。 
  OpenGL 提供一个函数,其在应用程序的控制下为纹理自动生成全部的 mipmap—— glGenerateTextureMipmap。在 OpenGL 实现中,它提供了经过采样高分辨率图像来生成更低分辨率图像的一个机制。这一般使用着色器和纹理滤波硬件来实现。这个技术一般被设计用于性能多于质量,而且在不一样的实现之间有变化。若是想要高质量的结果,最好本身生成和提供 mipmap 图像。若是须要快速生成 mipmap 链而且对得到的任何结果都满意,可使用 glGenerateTextureMipmap 函数。 
  计算特定像素的纹理级别时,其结果取决于纹理图像和纹理映射的多边形大小比例因子。咱们称这个比例因子为 ρ,再定义第二个值 λ,且 λ=log2ρ+lodbias(由于纹理图像能够是多维的,因此声明 ρ 是全部维的最大比例因子是很重要)。 
  lodbias 是采样器的细节层次偏移,在 glSamplerParameteri 中设置参数为 GL_TEXTURE_LOD_BIAS 来修改它,从而修改 λ。默认 lodbias=0.0,若是 λ0.0,意味着纹素小于像素,因此使用放滤波器。若是 λ>0.0,则使用缩小滤波器。若是缩小滤波器使用 mipmap,那么 λ 是 mipmap 级别。 
  例如,若是纹理图像是 64x64 像素,多边形大小是 32x32 像素,那么 ρ=2.0(单个维度的比值),则 λ=1.0。若是纹理图像是 64x32 纹素,而且多边形尺寸是 8x16 像素,那么 ρ=8.0x 比例是 8.0y 比例是 2.0,则使用最大值),所以 λ=3.0。计算 λ 和 ρ 的方程以下: 
ide

λbase(x,y)=log2[ρ(x,y)]

λ(x,y)=λbase+clamp(biastexobj+biasshader

  Mipmap 级别的计算能够进一步经过一些采样器参数来控制。GL_TEXTURE_LOD_BIAS 能够用来偏移 λ。计算 λ 后,能够截取边界到用户设置的范围。这经过参数 GL_TEXTURE_MIN_LOD 和 GL_TEXTURE_MAX_LOD 给出,能够经过函数 glSamplerParameterf 或 glTextureParameterf 来设置。GL_TEXTURE_MIN_LOD 和 GL_TEXTURE_MAX_LOD 默认值分别为 -1000.0 和 1000.0。GL_TEXTURE_MIN_LOD 和 GL_TEXTURE_MAX_LOD 在下式中分别用 lodmin 和 lodmax 来表示: 
λ=⎧⎩⎨⎪⎪⎪⎪lodmax,λ,lodmin,undefined,λ>lodmaxlodminλlodmaxλ<lodminlodmin>lodmax

  除了计算 λ 时控制 lodminlodmax 和 λbase 的参数,经过 GL_TEXTURE_BASE_LEVEL 和 GL_TEXTURE_MAX_LEVEL 参数来提供 mipmap 选择 level 的进一步控制,这些参数使用 glSamplerParameteri 来设置。GL_TEXTURE_BASE_LEVEL 设置被采样的最低 mipmap 级别(最高分辨率), GL_TEXTURE_MAX_LEVEL 设置被采样的最高 mipmap 级别(最低分辨率),用来限制采样级别范围。 
  GL_TEXTURE_BASE_LEVEL 的一个潜在的用处是纹理流。使用纹理流时,完整纹理对象的存储使用函数(例如 glTextureStorage2D)分配但没有加载初始数据。随着应用程序的运行,新对象进入视野,加载从最低到最高分辨率的纹理数据。即便尚未加载完整的纹理,但为了保证有意义的东西显示给用户,能够设置 GL_TEXTURE_BASE_LEVEL 的值为已经加载的最高分辨率 mipmap 级别。使用这个方法,随着加载愈来愈多的纹理数据,屏幕上的图像将得到愈来愈高的逼真度。

 

参考:The OpenGL® Programming Guide 9th Edition函数

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