如何在现代OpenGL中渲染多个纹理？

Question

我目前正在为一个小游戏编写2D引擎。

我的想法是只需一次绘制调用就能呈现整个场景。我认为可以在四边形上渲染每个2D图像，这意味着我可以使用实例化技术。

我想象中的顶点着色器可能看起来像这样：

...
in vec2 pos;
in mat3 model;
in sampler2d tex;
in vec2 uv;
...

我曾以为我可以在GPU上加载纹理，并像处理VBO一样获取它的句柄，但事实证明这并不简单。

看起来我需要调用：

glActiveTexture(GL_TEXTURE0..N);

对于我想要加载的每个纹理。现在这似乎不像我想象的那么容易编程。现代游戏引擎如何呈现多个纹理？

我读到GL_TEXTURE的纹理限制取决于GPU，但至少为45。如果我想呈现由超过45个纹理组成的图像，例如90个纹理怎么办？

看来我必须呈现前45个纹理并从GPU中删除所有纹理，然后将另外45个纹理从硬盘加载到GPU中。这在每一帧都做起来似乎不是很合理。特别是当我想要动画化一个2D图像时。

我可以轻松想象一个简单的2D角色动画可能由10个不同的图像组成。这意味着我很容易超过纹理限制。

我的一个小想法是将多个图像合并成一个巨大的图像，然后通过UV坐标进行偏移。

我想知道我是否误解了OpenGL中纹理的工作方式。

您会如何在OpenGL中呈现多个纹理？

- Maik Klein

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你不需要删除旧纹理，只需绑定新的纹理。同时也要考虑纹理集。 - ratchet freak

“小点子”实际上是一种非常常见的技术，在许多游戏中使用。GPU 在处理大型纹理方面表现得相当出色。 - Wander Nauta

我记得有很多类似的问题，但现在找不到重复的了。你的所有纹理都是相同的尺寸吗？你提到的末尾的想法大多称为“纹理集”，这是其中之一的选项。 - Reto Koradi

实际上，纹理图像单元的数量不是至少45个。在现代OpenGL中，它的最小值恰好等于16 * *<Num Shader Stages>*。这意味着在GL 3.3中，它是16 * 3（顶点、几何和片段）= 48，在GL 4.5中，它是16 * 5（顶点、镶嵌控制、镶嵌评估、几何和片段）= 80。这是为了让您可以绑定一组16个独特的纹理以供每个阶段使用，但实际上，在一个最小的实现中，您不能在单个着色器执行中采样超过16个纹理。 - Andon M. Coleman

我在这里发布了一个答案：http://stackoverflow.com/questions/16075791/drawing-multiple-objects-with-different-textures/34620543#34620543 - user2288580

user2288580，你是@NicolBolas吗？那个7/7飞行生物，没有人能承担它的维持费用？！ - duhaime

Answer 1

问题比较广泛，以下是使用同一绘制调用中多个纹理的一些选项的简要概述。

绑定到多个纹理单元

对于这种方法，您将每个纹理绑定到不同的纹理单元，使用典型的顺序：

glActiveTexture(GL_TEXTURE0 + i);
glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, tex[i]);

在着色器中，你可以有一堆单独的sampler2D uniforms，或者一个sampler2D uniforms数组。

这样做的主要缺点是你受到可用纹理单元数量的限制。

数组纹理

你可以使用数组纹理。这是通过使用GL_TEXTURE_2D_ARRAY纹理目标来实现的。在很多方面，2D纹理数组类似于3D纹理。它基本上是一堆2D纹理堆叠在一起，并存储在一个单一的纹理对象中。

缺点是所有纹理都需要具有相同的大小。如果它们不是，你必须使用最大的尺寸作为纹理数组的尺寸，并且会浪费较小纹理的内存。如果尺寸不都相同，你还需要对纹理坐标进行缩放。

纹理图集

这就是你已经提出的想法。你将所有纹理存储在一个大的纹理中，并使用纹理坐标来控制使用哪个纹理。

虽然这是一种流行的方法，但也存在一些技术挑战。在使用线性采样时，您必须小心处理纹理之间的接缝，以防止它们相互渗透。而且，与纹理数组不同，这种方法允许使用不同的纹理尺寸而不浪费内存，但在图集中分配区域变得更加棘手，因为尺寸是可变的。

无绑定纹理

目前，这仅作为扩展功能提供：ARB_bindless_texture。

- Reto Koradi

Answer 2

你需要了解纹理单元和纹理对象的区别。

纹理单元就像 OpenGL 光栅化器中的“纹理插槽”。光栅化器有一定数量的“插槽”（称为纹理单元）。要将纹理加载到纹理单元中，您首先需要使用 glActiveTexture 选择要使用的单元，然后使用 glBindTexture 加载纹理“插槽”（即纹理对象）。

您可以拥有的纹理对象数量仅受系统内存（和存储能力）的限制，但是在同一时间只能将有限量的纹理“插槽”到纹理单元中。

采样器就像对纹理单元的“取样器”。着色器内的不同采样器可以从相同的纹理单元中“取样”。通过将采样器 uniform 设置为一个纹理单元，您选择要从哪个单元中取样。

此外，您还可以将同一纹理同时“插槽”到多个纹理单元中。

更新（一些澄清）

我看到 GL_TEXTURE 的纹理限制取决于 GPU，但至少为 45。如果我想呈现由超过 45 个纹理组成的图像，比如 90 个呢？

通常您不会尝试使用单个绘制调用来渲染整个图像。捕捉所有情况下要使用哪些纹理实际上是不可能的。通常您会为特定外观的“材料”编写着色器。假设您有一个模拟金属上涂漆的着色器。您将拥有 3 种纹理：金属、油漆和控制金属和油漆可见性的调制纹理。然后该着色器将具有 3 个采样器 uniform，每个纹理一个。要呈现具有该外观的表面，您需要

• 选择要使用的着色器程序（glUseProgram）
• 依次激活每个纹理单元中的纹理 (glActiveTexture（GL_TEXTURE_0+i）) 并绑定纹理（'glBindTexture`）
• 将采样器的uniform设置为要使用的纹理单元 (glUniform1i(…, i))。
• 绘制几何图形。

- datenwolf