Vertex Texture Fetch 顶点纹理拾取

« 水效果Ⅱ - 涟漪学一学，VBO »

Vertex Texture Fetch 顶点纹理拾取

2009-8-19 22:50:32 | 发布:zwqxin

Vertex Texture Fetch，简称VTF，是Shader Model的一个特性。其本质没有什么复杂的：就是在顶点Shader里检索纹理。——ZwqXin.com

[Shader快速复习：Per Pixel Lighting(逐像素光照)]
[Shader快速复习：Cube Mapping(立方环境贴图)]
[Shader快速复习：Reflection And Refraction(反射与折射)]

本文来源于 ZwqXin (http://www.zwqxin.com/), 转载请注明
原文地址：http://www.zwqxin.com/archives/shaderglsl/glsl-vertex-texture-fetch.html

是的，在vertex shader里也可以检索纹理。我本来觉得这没什么好奇怪的，因为我一直也觉得这很当然可以啊~当初橙书(OpenGL Shading Language Edtion2)也说过texture2D这类函数不是fragment shader专用的，倒还有texture2DLod这种在vertex shader里专用的（后面一句是马后炮~），只是我不知道怎么用，在哪里用，以及更重要的：为什么要用。

为什么要在vertex shader里检索纹理。

都知道，纹理里的一般是一幅图像，无论是外部导入的还是通过FBO等手段渲染到的。既然如此，有意义的当然是图像里的每一个像素啦，通过纹理坐标检索纹理中的像素打印到屏幕某个地方，并可控制细节程度……反映在GPU编程中，一般就是把当前绑定的纹理的纹理单元（默认为0）传送给Fragment Shader作为sampler，在vertex shader里用gl_TexCoord[0] = glMutiTexCoord0这样的语句，获取固定流水线中为每个顶点设置好的纹理坐标（顶点纹理索引，即glMutiTexCoord0），赋给本质为varying的gl_TexCoord[0]，让它带着纹理坐标在光栅化过程中插值——对应每个像素点拥有属于它的插值后像素纹理索引（gl_TexCoord[0]），以此作为参数用texture2D类函数检索纹理sampler。

直接在顶点阶段就检索纹理意义何在？获得的只是那些顶点的纹理坐标检索出的“孤立”像素值而已。

你认识吗？GPGPU。

[gpgpu.org]

GPGPU（General Purpose Graphic Process Unit，通用目的图形处理单元），是应用GPU的高速并行能力和浮点运算能力进行科学计算等SIMD类型[单指令多数据]的应用。在这里，GPU-shader不仅仅着眼于图形。而GPGPU的一个重要概念就是：纹理 = 数组。是的，为什么不可以呢？纹理确实就是数组啊。我们能传入shader的只有具体的数值，bool,int,float,vec,matrix，其中最大的matrix4也只有16个量。那么如果我们要把大量的数据传入shader，譬如一个巨大的float数组，怎么办呢？对啊，用纹理！这时候，纹理内部每个数值不再是像素的值，而是数组的数据项。我们只是通过纹理这种灵活的媒介，让数据“进入”GPU的视野，让shader可以对这些数据项变量进行访问和操作。

顺带一提，现在科学计算领域已经进入GPGPU的进化时代 -CUDA时代了。好吧，不要扯远了。

既然纹理 = 数组， VTF顶点纹理拾取的存在就不言自明了：其实不是在拾取含有图像像素信息的那个纹理，而是在拾取含有顶点数据信息的那个“数组”啊！在这里，数组的索引就是顶点纹理坐标……看例子：

//RenderMonkey:
//Vertex Program
varying vec4 vertColor;
uniform sampler2D baseMap;
void main( void )
{
//vertColor = texture2D(baseMap, gl_MultiTexCoord0.xy); 与下句等价
vertColor = texture2DLod(baseMap, gl_MultiTexCoord0.xy, 0.0);
vec4 pos = gl_ModelViewMatrix * (gl_Vertex) ;
gl_Position = gl_ProjectionMatrix * pos ;
}
//Fragment Program
varying vec4 vertColor;
void main( void )
{
gl_FragColor = vertColor;
}

这个例子是说明：诶？原来Vertex Shader里也可以做纹理拾取口牙！顺带一提，这里用texture2D，和用“texture2DLod+尾参数[细节参数LOD] = 0.0”的效果是一样的：

（对比用。这是FTF，传统的fragment shader获取纹理）

（这是VTF，顶点纹理拾取，也就是上面代码的产物，对比两图哈）

纹理只是普通的纹理。只是为了证明VTF能行- -。把顶点纹理的值做插值，预料最后的结果类似于顶点颜色插值，三角片元的颜色在三角的三顶点所获得的纹理颜色间进行线性插值，得出如此“重过渡味+模糊”的怪象（嘛~这纹理即使是那FTF出来的也是怪象）。然后测试texture2DLod这个函数，把最后的LOD参数增大调为0.4：

lod是细节参数，这跟以前的FTF（PTF）差不多。好吧，换张纹理后，再用VTF做点更有趣的：

//RenderMonkey:
//Vertex Program
varying vec4 vertColor;
uniform sampler2D baseMap;
void main( void )
{
vertColor = texture2DLod(baseMap, gl_MultiTexCoord0.xy, 0.0);
vec4 offset = vec4(0.0);
if(gl_Vertex.z > 0.0)
offset = vertColor;
else if(gl_Vertex.z < 0.0)
offset = vec4(1.0)-vertColor;
vec4 pos = gl_ModelViewMatrix * (gl_Vertex+ offset) ;
gl_Position = gl_ProjectionMatrix * pos ;
}
//Fragment Program
varying vec4 vertColor;
void main( void )
{
gl_FragColor = vertColor;
}

能猜到结果变成这样吗？哈，VTF出来的vertColor果然充满力量：

另外一个例子则用VTF做点有意义的事情。还记得高度图纹理吗？(我在[Terrain Texture-Array Demo] 里也用到过~)

//RenderMonkey:
//Vertex Program
varying vec2 texCoord;
uniform sampler2D Texture0;
void main(void)
{
vec4 vcol = texture2D( Texture0, gl_MultiTexCoord0.xy);
float gray = 0.2990*vcol.r + 0.5870*vcol.g + 0.1140*vcol.b;
vec4 pos = gl_Vertex;
pos.z = pos.z * (1.0 - 5.0*gray);
gl_Position = gl_ModelViewProjectionMatrix * pos;
texCoord = gl_MultiTexCoord0.xy;
}
//Fragment Program
uniform sampler2D Texture0;
varying vec2 texCoord;
void main(void)
{
gl_FragColor = texture2D( Texture0, texCoord );
}

这里本来只有一个平整的网格，和一张类似高度图的纹理。运用VTF把顶点对应的纹理坐标的像素值拉出来转化为灰度（转化法同见[基于亮度的图像二值化处理] ），并转化为该网格顶点的“高度”。最后的纹理只是平铺上去（那不是阴影哦）。看，灰度高的地方对应的高度高，灰度低的地方对应的高度低。这就是高度场啊，这就是VTF最典型的应用啊！

在Vertex Shader里面，通过纹理坐标的检取，VTF获取的是真正的“高度值”数据……只是这些数据被储存在一张纹理上罢了。

本文来源于 ZwqXin (http://www.zwqxin.com/), 转载请注明
原文地址：http://www.zwqxin.com/archives/shaderglsl/glsl-vertex-texture-fetch.html