OpenGL ES 2.0 笔记 #6：Texture Unit

OpenGL 的 texture unit 概念，让我懵逼良久...对照原教程的代码，反复阅读揣摩 ES 2.0 spec 字句，才得以拼凑出完整的逻辑。只想说：太坑爹了！多的不说了。

首先，ES spec 中，texture image unit, texture unit, image unit 说的都是同一个东西。

其次，texture object 与 texture unit，是 2 个并列的存在，两...哦不，二者互不隶属。Texture object 和 texture unit 都有（或可以有）多个，例如：程序可以创建多个 texture object，同时，OpenGL 状态机包含若干固定数量的 texture unit，这个数量取决于具体的 OpenGL 实现。OpenGL 用 GL_TEXTURE0, GL_TEXTURE1, GL_TEXTURE2,... 来指代各个 unit。

再次，可能是嫌概念的迷惑性还不够，ES 2.0 又规定每个 texture unit 内有 2 个 target：GL_TEXTURE_2D 和 GL_TEXTURE_CUBE_MAP。Texture unit 与 target 之间是隶属关系：target 自古以来就是 unit 的不可分割的一部分。Texture object 须通过 glBindTexture() 绑定到某一 unit 的某一 target 上。

最后，在 fragment shader 中，uniform texture 变量的值选择其对应的 unit，例如：若值为 0，则会选择 GL_TEXTURE0 unit；若值为 0 则选择 GL_TEXTURE1。此外，变量的类型则选择 unit 中的 target，例如：sampler2D 类型选择 GL_TEXTURE_2D。

注意到，fragment shader 中的 uniform 与 texture object 之间没有直接关系，而是通过 texture unit 作为中间纽带建立起关联。一图以蔽之：

要点，

uniform 变量的值选择 texture unit
uniform 的类型选择 texture unit 的 target，如：sampler2D 选择 GL_TEXTURE_2D target
调用 glBindTexture() 绑定 texture object 到 texture unit 的指定 target

OpenGL 提供 glActiveTexture() 函数，用来选择"当前 unit"。大多 texture 相关的函数，都隐含地针对当前 unit 进行操作，例如，

glBindTexture() 将 texture object 绑定到当前 unit 的指定 target
glTexImage2D() 将像素数据复制到当前 unit 的指定 target 所绑定的 texture object

在 OpenGL 初始状态下，当前 unit 为 GL_TEXTURE0，同时，shader 中 uniform 变量的默认值为 0。前一课的示例程序中，没有调用过 glActiveTexture() 设定当前 unit，也没有给 fragment shader 的 uniform sampler2D 变量进行赋值，其原因在于，OpenGL 初始状态恰巧形成了 uniform 变量、texture unit 与 texture object 之间的正确关系。

这一课的例程加载了 2 个 texture，并叠加应用到 3D 模型上：

C++ 复制代码

...

uniform sampler2D s_tex;
uniform sampler2D s_tex1;

void main()
{
    gl_FragColor = mix(texture2D(s_tex, v_tex), texture2D(s_tex1, v_tex), 0.2);
}

这里调用了 GLSL 内建函数 mix() 将 2 个颜色值进行混合。运行效果：

程序要设置两个 uniform 的值，建立与 texture unit 之间的关联：

C 复制代码

GLint uni_tex = glGetUniformLocation(prog, "s_tex");
GLint uni_tex1 = glGetUniformLocation(prog, "s_tex1");

// Use program before setting uniform/sampler value
glUseProgram(prog);

glUniform1i(uni_tex, 0);
glUniform1i(uni_tex1, 1);

接下来将 texture object 绑定到 texture unit：

C 复制代码

// Bind the 1st texture object to unit 0
glActiveTexture(GL_TEXTURE0);
glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, tex0);
// Bind the 2nd texture object to unit 1
glActiveTexture(GL_TEXTURE1);
glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, tex1);

特别注意在调用 glBindTexture() 前都须调用 glActiveTexture() 选择当前 unit。

上一课的例子所用的图片（木头）本身是 RGB24 格式，因此没有进行像素类型的转换，直接提交给 OpenGL。这次两张图片格式不同，没法偷懒了，程序中必须进行转换。其实也不难，因为 SDL2 已提供了转换函数：

C 复制代码

SDL_Surface *surf = ...

int w, h;
void *pixels;
{
    w = surf->w;
    h = surf->h;

    pixels = malloc(4 * w * h);

    int err = SDL_ConvertPixels(w, h, surf->format->format, surf->pixels, surf->pitch, SDL_PIXELFORMAT_RGBA32, pixels, w * 4);
    if (err)
    {
        ...
    }
}

SDL_FreeSurface(surf);

不论原始图片格式为何，这里统一转换为 RGBA32。RGBA32 格式有 alpha 通道，支持透明度。

创建 texture object 并复制数据的过程与之前一样，但这里有一个隐藏的细节，与前述当前 texture unit 的概念有关，需要多啰嗦两句。先看代码：

C 复制代码

typedef struct
{
    GLint format;
    int width;
    int height;
    void *pixels;
} texture_image_t;

static GLuint load_texture(const char *path)
{
    ...
    
    texture_image_t img = ...

    GLuint tex;
    glGenTextures(1, &tex);

    // Active unit does not matter here. We just need to copy texture data to texture object
    glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, tex);
    glTexImage2D(GL_TEXTURE_2D, 0, img.format, img.width, img.height, 0, img.format, GL_UNSIGNED_BYTE, img.pixels);

    ...
    
    return tex;
}

注意到这里并没有调用 glActiveTexture() 来选择当前 unit。理由是：在创建 texture object 时，当前 unit 无所谓。不管当前 texture unit 具体是哪个，把 texture object 绑定到它，都可以完成复制 texture object 数据的任务。等到程序流程的后面，在设置 sampler2D 变量值以与 texture unit 建立对应关系时，才需要确保当前 texture unit 的正确。

完整程序代码在这里：gitlab.com/sihokk/lear...