OpenGL 纹理过滤和 mip 贴图

一、概念

1. 纹理过滤

当纹理贴到具体像素上时，像素需要到纹理图像中进行采样，这个过程称为纹理过滤。

纹理过滤通常有两种情况：放大（GL_TEXTURE_MAG_FILTER）和缩小（GL_TEXTURE_MIN_FILTER）。

2. mip 贴图

mip 贴图只适用于纹理过滤缩小的场景，其原理是将纹理按照2的倍数进行缩放，直至图像1*1的大小。在贴图时，OpenGL 会自动选择合适大小的纹理进行采样。

所以，mip 贴图是一种使用空间提升性能的方式，它可以有效解决纹理贴图闪烁和性能问题。

二、纹理过滤方式

1. 最近点采样 (Nearest Point Sampling)

每个像素直接在最接近它的纹理单元进行采样。这种方式速度最快，但效果也最差。

2. 双线性插值 (Bilinear Interpolation)

每个像素在最接近它的四个纹理单元进行采样，并根据距离进行加权平均。

这种方法比之前的简单粗暴好不少，但仍无法提供最佳品质，特别是缩小场景，一旦超过某个度，太多的纹素将放到相同的像素上，OpenGL 仅使用最多4个纹素渲染一个像素，因此许多信息仍然会丢失，也不适合移动的场景，因为每帧都会选择不同的纹素。

3. 三线性插值 (Trilinear Interpolation)

双线性插值中，只使用到了一层 mipmap 进行采样。而三线性插值则是选取了大小最接近的两层 mipmap 进行双线性插值，然后再将两层的结果进行线性插值。

所以，三线性插值必须要先使用到 mip 贴图。它可以解决不同级别的 mip 贴图切换时，带来的跳跃或者线条问题。

三、OpenGL 中的纹理过滤模式

模式	描述
GL_NEAREST	最近点采样
GL_LINEAR	双线性插值
GL_NEAREST_MIPMAP_NEAREST	在大小最近的一个 mip 贴图中最近点采样
GL_LINEAR_MIPMAP_NEAREST	在大小最近的一个 mip 贴图中双线性插值
GL_NEAREST_MIPMAP_LINEAR	在大小最近的两个 mip 贴图中最近点采样并插值
GL_LINEAR_MIPMAP_LINEAR	三线性插值

值得注意的是，缩小（GL_TEXTURE_MIN_FILTER）场景可以使用上述值中的任意一个，但放大（GL_TEXTURE_MAG_FILTER）场景只能使用 GL_NEAREST 或 GL_LINEAR。

四、使用示例

// 纹理对象的句柄
GLuint textureId;
// 创建一个纹理对象
glGenTextures(1, &textureId);
// 绑定纹理对象
glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, textureId);
// TODO 加载纹理
// glTexImage2D();// 生成mip贴图
glGenerateMipmap(GL_TEXTURE_2D);
// 设置缩小情况下，使用三线性过滤
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_LINEAR_MIPMAP_LINEAR);
// 设置放大情况下，使用双线性过滤
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MAG_FILTER, GL_LINEAR);// 解绑纹理对象
glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, 0);