【轉】OpenGL隨筆（1）—— mipmap 詳解

注：本文使用的所有 OpenGL 函數來自 OpenGL 4.5，優先使用 DSA。

　　使用 mipmap 時，OpenGL 根據被映射對象的大小（單位是像素），自動決定使用紋理圖的哪個分辨率級別。mipmap 表示著紋理的層次細節（LOD），隨著對象圖像變小，使用紋理圖的大小將減少。mipmap 需要一些額外的計算和紋理存儲空間（大概三分之一），但這些消耗是值得的，如果不使用 mipmap ，那么映射到更小圖像上的紋理將隨著物體移動而閃爍。?
　　OpenGL 的 mipmap 省去了紋素大小和多邊形大小的縮放因子 λ 的詳細討論，不更改則使用默認值。下文將使用默認的 mipmap 參數，最后會討論控制 λ 的細節。?
　　參數 GL_TEXTURE_MIN_FILTER 控制在 mipmap 級數大于 0 時如何重建紋素。這個參數共有 6 個設置。前兩個與用于放大的相同，GL_NEAREST 和 GL_LINEAR。選擇這兩個參數會禁用 mipmap，OpenGL 將使用紋理的基數級（級數0）。其他四個模式啟用 mipmap，并控制著 mipmap 的使用。這四個值分別是 GL_NEAREST_MIPMAP_NEAREST、GL_LINEAR_MIPMAP_NEAREST、GL_NEAREST_MIPMAP_LINEAR、GL_LINEAR_MIPMAP_LINEAR。名字結構的第一部分控制紋素的構造，表示當前采用紋理的構造方式；第二部分控制 mipmap 級之間采樣模式，NEAREST 表示只使用最近的 mipmap 級，LINEAR 則表示最近的兩個 mipmap 線性插值。?
　　為了使用 mipmap，必須提供紋理在最大尺寸和 1x1 圖之間的所有大小是 2 的冪的紋理級別。如果不想使用 mipmap 到 1x1 紋理的所有變化，可以將 GL_TEXTURE_MAX_LEVEL 的值設置為提供的最大級數，并且 OpenGL 不會考慮更進一步的級別。如果紋理最高級別的分辨率不是正方形，那么一個維度將比另外一個首先到達大小為 1 的紋素。在這種情況下，將繼續對這個維度創建新的層級，直到兩個維度到達 1x1 的形式為止。例如，如果最高分辨率是 64x16，則必須提供大小 32x8，16x4，8x2，4x1,2x1 和 1x1。mipmap 小圖紋素的獲取對應于大圖 4 個紋素的加權平均。?
　　需要特別注意的一點是 glTextureStorage* 生成的紋理空間是不可變的，也就是說不可以使用 glGenerateTextureMipmap 來自動生成函數，而只能用 glTextrueSubImage2D 來手動載入各級紋理；試圖讓 OpenGL 自動生成 mipmap，請使用 glTextureImage*。?
　　OpenGL 提供一個函數，其在應用程序的控制下為紋理自動生成所有的 mipmap—— glGenerateTextureMipmap。在 OpenGL 實現中，它提供了通過采樣高分辨率圖像來生成更低分辨率圖像的一個機制。這通常使用著色器和紋理濾波硬件來實現。這個技術通常被設計用于性能多于質量，并且在不同的實現之間有變化。如果想要高質量的結果，最好自己生成和提供 mipmap 圖像。如果需要快速生成 mipmap 鏈并且對獲得的任何結果都滿意，可以使用 glGenerateTextureMipmap 函數。?
　　計算特定像素的紋理級別時，其結果取決于紋理圖像和紋理映射的多邊形大小比例因子。我們稱這個比例因子為?ρ，再定義第二個值?λ，且?λ=log2ρ+lodbias（因為紋理圖像可以是多維的，所以聲明?ρ?是所有維的最大比例因子是很重要）。?
　　lodbias?是采樣器的細節層次偏移，在 glSamplerParameteri 中設置參數為 GL_TEXTURE_LOD_BIAS 來修改它，從而修改?λ。默認?lodbias=0.0，如果?λ≤0.0，意味著紋素小于像素，所以使用放濾波器。如果?λ>0.0，則使用縮小濾波器。如果縮小濾波器使用 mipmap，那么?λ?是 mipmap 級別。?
　　例如，如果紋理圖像是 64x64 像素，多邊形大小是 32x32 像素，那么?ρ=2.0（單個維度的比值），則?λ=1.0。如果紋理圖像是 64x32 紋素，并且多邊形尺寸是 8x16 像素，那么?ρ=8.0（x?比例是?8.0，y?比例是?2.0，則使用最大值），因此?λ=3.0。計算?λ?和?ρ?的方程如下：?

λbase(x,y)=log2[ρ(x,y)]
λ′(x,y)=λbase+clamp(biastexobj+biasshader
　　Mipmap 級別的計算可以進一步通過一些采樣器參數來控制。GL_TEXTURE_LOD_BIAS 可以用來偏移 λ。計算 λ 后，可以截取邊界到用戶設置的范圍。這通過參數 GL_TEXTURE_MIN_LOD 和 GL_TEXTURE_MAX_LOD 給出，可以通過函數 glSamplerParameterf 或 glTextureParameterf 來設置。GL_TEXTURE_MIN_LOD 和 GL_TEXTURE_MAX_LOD 默認值分別為 -1000.0 和 1000.0。GL_TEXTURE_MIN_LOD 和 GL_TEXTURE_MAX_LOD 在下式中分別用?lodmin?和?lodmax?來表示：?
λ=???????lodmax,λ′,lodmin,undefined,λ′>lodmaxlodmin≤λ′≤lodmaxλ′<lodminlodmin>lodmax
　　除了計算 λ 時控制?lodmin、lodmax?和?λbase?的參數，通過 GL_TEXTURE_BASE_LEVEL 和 GL_TEXTURE_MAX_LEVEL 參數來提供 mipmap 選擇 level 的進一步控制，這些參數使用 glSamplerParameteri 來設置。GL_TEXTURE_BASE_LEVEL 設置被采樣的最低 mipmap 級別（最高分辨率）， GL_TEXTURE_MAX_LEVEL 設置被采樣的最高 mipmap 級別（最低分辨率），用來限制采樣級別范圍。?
　　GL_TEXTURE_BASE_LEVEL 的一個潛在的用處是紋理流。使用紋理流時，完整紋理對象的存儲使用函數（例如 glTextureStorage2D）分配但沒有加載初始數據。隨著應用程序的運行，新對象進入視野，加載從最低到最高分辨率的紋理數據。即使還沒有加載完整的紋理，但為了保證有意義的東西顯示給用戶，可以設置 GL_TEXTURE_BASE_LEVEL 的值為已經加載的最高分辨率 mipmap 級別。使用這個方法，隨著加載越來越多的紋理數據，屏幕上的圖像將獲得越來越高的逼真度。

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參考：The OpenGL? Programming Guide 9th Edition

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posted on 2018-02-15 23:03 時空觀察者9號 閱讀(...) 評論(...) 編輯 收藏

總結

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