Ⅰ OpenGL自學筆記(五)(紋理映射)
紋理映射技術允許在三維物體上應用2D圖像，以增添細節。每個頂點可關聯一個紋理坐標，從而從圖像中選擇采樣顏色並進行片段插值。紋理坐標范圍0-1，左下角起始，不依賴解析度，可為任意浮點值。
為了將紋理映射到物體上，需定義頂點對應的紋理部分，每個頂點關聯紋理坐標，用於指定從紋理圖像的哪個位置采樣顏色，進行片段差值。紋理坐標是模型頂點的數組，OpenGL以此頂點紋理坐標數據查找圖像上的像素進行采樣。
紋理坐標用於指示從紋理圖像的特定部分采樣顏色，用於頂點著色器中的片段著色器。通過紋理坐標獲取顏色稱為采樣，且紋理坐標不依賴於解析度，可以是任意浮點數。
創建紋理對象通常使用glGenTextures函數，綁定至目標（如GL_TEXTURE_2D），並設置環繞方式和過濾方式，管理采樣方式。環繞方式默認為四方連續平鋪，用於紋理超出范圍時的采樣。過濾方式包括鄰近過濾和線性過濾，分別處理紋理放大或縮小時的像素格問題。
多級漸遠紋理（MipMap）用於減少內存浪費，為遠距離小物體提供不同解析度的紋理圖像。使用MipMap技術在不同的距離上使用不同解析度的紋理，減少放大或縮小紋理時的視覺問題。紋理過濾方式包括GL_NEAREST_MIPMAP_NEAREST到GL_LINEAR_MIPMAP_LINEAR，分別對應不同情況下的采樣方法。
載入紋理圖像通常使用如stb_image.h庫，它能夠載入多種流行格式的圖像。首先添加庫至工程，並定義STB_IMAGE_IMPLEMENTATION預處理器宏，使其包含庫的函數定義源碼。通過stbi_load函數載入圖像，然後使用glTexImage2D生成紋理，載入基本級別的紋理圖像。若需使用多級漸遠紋理，可手動設置所有不同的圖像或使用glGenerateMipmap自動生成。
應用紋理的基本流程涉及創建紋理對象、載入圖像、生成紋理，綁定紋理對象至著色器中的采樣器。頂點著色器接收頂點數據，包括紋理坐標，片段著色器接收紋理坐標和采樣器，使用GLSL的texture函數采樣紋理顏色。渲染矩形時，自動綁定紋理至片段著色器采樣器，調用繪制函數顯示紋理效果。
多個紋理的渲染通過多個紋理單元實現。每個紋理單元有位置值，可通過glUniform1i分配給采樣器。激活紋理單元後，綁定紋理至指定單元，允許在片段著色器中使用多個紋理。輸出可以對多個紋理進行混合，使用GLSL的mix函數線性插值顏色。最終流程包括創建紋理對象、載入圖片、生成紋理，綁定多個紋理至紋理單元，定義采樣器位置，渲染時自動使用紋理進行顯示。
在某些情況下，可能會遇到渲染窗口中的報錯，這通常與輸入法設置有關，切換輸入法或檢查環境配置即可解決。對於紋理上下顛倒的問題，可通過在載入時反轉y軸坐標來調整圖像方向，確保紋理正確顯示。
Ⅱ OpenGL-Texture Filtering(紋理過濾)
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在處理紋理貼圖時，紋理上的像素與屏幕上的像素通常不會有直接的一一對應關系。為了使紋理貼圖效果與屏幕顯示匹配，需要通過紋理坐標進行采樣。然而，由於紋理圖像在應用到幾何表面時，總是會被拉伸或縮小，這導致紋理坐標可能無法精確對應到像素上。特別是3D物體帶有方向信息時，紋理可能在不同維度上被拉伸和縮小。這就引入了紋理過濾的概念，即如何在拉伸或縮小紋理時計算顏色片段。
為了實現非整數紋理坐標到像素的顏色采樣，我們使用了`texture()`函數，它接收浮點數紋理坐標。該函數將坐標范圍從0.0到1.0映射到紋理上，不過，不是所有0.0到1.0之間的值都能直接對應到一個紋理像素，某些坐標可能落在像素之間。此外，紋理坐標可以超出0.0到1.0的范圍。接下來的章節將詳細介紹OpenGL如何通過這些浮點數坐標采樣紋理圖片，生成像素值。
紋理過濾是計算拉伸或縮小紋理上的顏色片段的過程。拉伸紋理稱為放大，而縮小紋理稱為縮小。通過設置采樣器參數，OpenGL允許我們為放大和縮小條件設置值的構造方法，這些條件稱為濾鏡。放大濾鏡的參數名為`GL_TEXTURE_MAG_FILTER`，縮小濾鏡的參數名為`GL_TEXTURE_MIN_FILTER`。當前可選擇的基本濾鏡有兩個：`GL_NEAREST`和`GL_LINEAR`，分別對應最近鄰過濾和線性過濾。確保為`GL_TEXTURE_MIN_FILTER`選擇這兩種濾鏡之一，因為默認濾鏡設置在沒有mipmap時無效。
最近鄰過濾是最簡單、最快的過濾方法，其特點是將紋理坐標直接映射到紋理像素上，並使用落點的像素顏色作為片段顏色。在信號處理中稱為點采樣。然而，當紋理被拉伸時，這種過濾方式會產生較大的像素塊，如圖5.7左側示例所示。你可以通過以下函數設置放大和縮小濾鏡：
線性過濾需要更多的計算，但通常值得額外的開銷。現代硬體上，線性過濾的成本接近於零。線性過濾通過應用紋理坐標周圍紋理像素的加權平均值（線性插值）來進行，而不是取最近的紋理像素。要使采樣出來的顏色與紋理顏色完全匹配，紋理坐標需要正好位於紋理像素的中心。線性過濾在紋理被拉伸時會產生模糊的圖形，但這種模糊往往能帶來更真實、更自然的外觀，而不是最近鄰過濾方式產生的尖銳塊狀效果。如圖5.7右側示例所示，你可以通過以下代碼設置線性過濾：
通過比較圖5.7的左右兩幅圖片，我們可以看到應用最近鄰過濾後，圖像呈現出明顯的塊狀和鋸齒效應，尤其是在對比度高的區域。相比之下，使用線性過濾的圖像則更加平滑（盡管可能略顯模糊）。
總結，我們的課程中使用`texture`系列函數，考慮到某些舊版本和OpenGL ES 2.0不支持整型數據，整型的`texelFetch`函數不具備通用性。然而，隨著硬體的發展，未來可能支持整型數據的版本，這句「假命題」可能會發生變化。誰知道呢？
今天的翻譯就到這里，明天再見，拜拜~
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