OpenGL Mip贴图、各向异性采样和压缩纹理

以上内容均节选自《OpenGL编程指南第9版》第6章纹理与帧缓存

手工为每个纹理图像创建一系列多级渐远纹理很麻烦，幸好。OpenGL有一个glGenerateMipmaps函数，在创建完一个纹理后调用它就会承担接下来的所有工作了。

当屏幕上被渲染物体的表面与它所应用的纹理图像相比显得非常小时，就会出现闪烁效果。类似闪光，当纹理图像采样区域的移动幅度与它在屏幕大小相比显得不成比例时，也会发生这种现象。处于运动状态时，会比较容易看到闪烁的负面效果。

加载大量的纹理内存并对它们进行过滤处理，但屏幕上实际只是显示的只是很少一部分的片段。纹理越大，这个问题所造成的性能影响也很明显。

这2种问题，我当然可以用很简单的方法解决，就是使用更小的纹理图像。但是这种解决方法又将产生一个新的问题，就是当一个物体更靠近观察者时，它必须渲染的比原来更大一些，这样，纹理就不得不拉伸。拉伸的结果，形成视觉效果很差的模糊或者斑驳状的纹理化效果。

从根本上解决方案，就是使用Mip贴图。不是单纯的把单个图像加载到纹理状态而是把一系列从最大到最小的图像加载到单个“Mip贴图”纹理状态。然后，OpenGL使用一组的新的过滤模式，为一个特定的几何图形选择具有最佳过滤效果的纹理。

Mip纹理由一系列的纹理图像组成，每个图像大小在每个轴的方向上都缩小一半。或者是原来图像像素的总数的四分之一。Mip贴图每个图像大小都依次减半，直到最后一个图像大小是1*1的纹理单元为止。

当我们在讲glTexParameteri()函数时，谈到了level参数。level参数在Mip贴图发挥作用，因为它指定图像数据用于哪个mip层。第一层是0，后面依次类推。如果Mip贴图未使用，那么只有第0层才会被加载。在默认情况下，为了能使用mip贴图，所有的mip贴图都要加载。我们可以通过设置GL_TEXTURE_BASE_LEVEL和GL_TEXTUREMAX_LEVEL纹理参数特别设置需要使用的基层和最大层。

我们虽然可以通过设置。GL_TEXTURE_BASE_LEVEL和GL_TEXTUREMAX_LEVEL纹理参数控制哪些mip层被加载，但是我们仍然可以使用GL_TEXTURE_MIN_LOD和GL_TEXTURE_MAX_LOD参数限制已加载的Mip层的使用范围。

只有minFilter等于以下4种模式，才可以生成Mip贴图。

目的：为纹理对象生成一组完整的mipmap void giGenerateMipmap (GLenum target)

参数：指定将生成mipmap的纹理对象绑定到的活动纹理单元的纹理目标，比如GL_TEXTURE_2D

描述：giGenerateMipmap计算从零级数组派生的一组完整的mipmap数组。无论先前的内容如何，最多包括1x1维度纹理图像的数组级别都将替换为派生数组。零级纹理图像保持不变（原图）。

派生的mipmap数组的内部格式都与零级纹理图像的内部格式相匹配。通过将零级纹理图像的宽度和高度减半来计算派生数组的尺寸，然后将每个阵列级别的尺寸减半直到达到1x1尺寸纹理图像。

一个常见的错误是，将放大过滤的选项设置为多级渐远纹理过滤选项之一。这样没有任何效果，因为多级渐远纹理主要是使用在纹理被缩小的情况下的：纹理放大不会使用多级渐远纹理，为放大过滤设置多级渐远纹理的选项会产生一个GL_INVALID_ENUM错误代码。

各向异性纹理过滤（Anisotropic texture filtering）并不是OpenGL核心规范中的一部分，但它是一种得到广泛使用的扩展，可以极大提高纹理过滤操作的质量。

前面讲过，2种基本过滤，最邻近过滤（GL_NEARES丁）和线性过滤(GL_LINEAR），当一个纹理贴图被过滤时，OpenGL使用纹理坐标来判断一个特定的几何片段将落在纹理什么地方。然后，紧邻这个位置的纹理单使用GL_NEAREST和GL_ L工NEAR过滤操作进行采样。

当几何图形进行纹理贴图时，如果它的观察方向和观察点恰好垂直。那么这个过程是相当完美的。如下图：

当我们从一个角度倾斜地观察这个几何图形时，对周围纹理单元进行常规采样，会导致一些纹理信息丢失（看上去显得模糊）。为了更加逼真和准确的采样应该沿着包含纹理的平面方向进行延伸。如果我们进行处理纹理过滤时，考虑了观察角度，那么这个过滤方法就叫各向异性过滤。

注意： 各向异性过滤所应用的数量越大，沿着最大变化方向（沿最强的观察点）所采样的纹理单元就越多。值1.0表示常规的纹理过滤（各向同性过滤）。

各向异性过滤是会增加额外的工作包括其他纹理单元，很可能对性能造成影响，但是，在现代硬件上，应用这个特性对速度造成影响不大。

最重要的是，目前它已经成为流行游戏、动画和模拟程序的一个标准特性。