OpenGL图像格式
1. 引言
当我们使用OpenGL进行有关图片处理的时候，例如做纹理映射相关程序的时候，一定调用过以下这些函数：
1. glTexImage{1,2,3}D
2. glCopyTexImage{1,2,3}D
这些函数中经常会遇到一个参数 internalFormat，同时也会遇到另外两个参数 format和type 这些参数从表意上就没有width、height这样的参数那么直观。本文就是详细介绍一下参数internalFormat的方方面面，另一篇文章《OpenGL像素格式》介绍另外两个参数format和type。
2. 简介
在OpenGL中什么地方可以作为图像可以存储图像(Image)呢？首先我们想到的是：
1. 纹理对象
2. 帧缓存对象
3. 像素缓冲区对象
这三类对象是在显卡的显存中，那么还有一个地方是内存中
4. 内存中的一块区域
我们需要对这些对象进行分类，其中1和2是有特定用途的，1是作为给几何体贴图使用，2可以理解为我们在屏幕上看到的场景。3和4就没有那么特定的用处了，可以把它们理解为存储像素数据的仓库。
基于这样一种认识，那么接下来我们需要解释的是，1和2里面存储的数据是什么格式的，是RGB、RGBA还是其他方式，这就是本文讨论的主题图像格式（Image Format）[个人翻译，中文准确翻译有待考究]
3. 详细介绍
图像格式(ImageFormat)描述了图像在纹理和帧缓存中的存储方式，定义了图像数据的含义。
图像格式有三种类型：颜色、深度、深度/模板 ，所有的格式都可以被应用到纹理存储单元或者帧缓存存储单元（除非特别的说明）
3.1 颜色格式
颜色格式可以以3种方式存储，归一化的整型数（normalized integers），浮点数和整数。其中单位化的整型和浮点型在shader中会被解析为浮点数组，整型会被解析为整型数据。
归一化的整型数可以分为两类，包括有符号类型和无符号类型，有符号类型的取值范围是[-1,1]，无符号类型的取值范围是[0,1]
OpenGL在定义颜色格式的时候，语法如下：
GL_[components][size][type]components:指的是颜色分量，OpenGL只允许图像格式使用下面的4种："R" "RG" "RGB" "RGBA"，size定义了每种分量占用的位数（bit），type定义了颜色格式使用的存储方式，可以的取值包括：
| type取值 | 参数解释 |
|---|---|
| “”(空） | 无后缀表示使用的是无符号的的归一化整型数 |
| “_SNORM” | 归一化的有符号整型 |
| “F” | 浮点类型，如：GL_RGBA32F指每个分量(R\G\B\A)是32位的浮点数 |
| “I” | 有符号整型，如GL_RGBA8I指每个分量都是位于[-128,127]的整型数 |
| “UI” | 无符号整形数 |
根据上面的介绍，如果你需要一个3分量的无符号整型格式，并且每个分量占用8位(1个字节)，那么使用的格式应该是：GL_RGB8UI
对于每一种类型的颜色格式，颜色的每一个分量在位数上有一个限制：
| 格式type | 每一个分量的位数 |
|---|---|
| 无符号归一化整型 | 2、4、5、8、10、12、16 |
| 有符号归一化整型 | 8、16 |
| 无符号整型 | 8、16、32 |
| 有符号整型 | 8、16、32 |
| 浮点数 | 16、32 |
需要注意的是：
1. 对于分量位数是2位的情况，只能使用RGBA，使用其他方式都是不允许的（如你不能使用GL_RG2这种格式）
2. 对于分量位数是4,5,12的情况，只能使用RGB和RGBA，使用其他方式都是不允许的
3. 对于分量位数是10的情况，只能使用RGB，其他方式都是不允许的（例如你不能使用GL_RGBA10这种格式在使用过程中也可以省略分量占用的位数，这种情况仅仅适用于无符号归一化的整型格式，如果省略了，那么OpenGL会帮我们选择一个位数。一般来说，最好还是指定一个位数。
3.2 特殊的颜色格式
以上所讲的是常规的颜色格式的情况，OpenGL除此之外还支持部分其他的颜色格式，列举如下：
| 颜色格式 | 格式说明 |
|---|---|
| GL_R3_G3_B2 | 归一化的整型，RG分量占用3位，B分量占用2位（正好1个字节） |
| GL_RGB5_A1 | RGB分量分别占用5位，A分量占用1位，这种格式通常用于压缩格式 |
| GL_RGB10_A2 | RGB分量分别占用10位，A分量占用2位（正好4个字节） |
| GL_RGB10_A2UI | 无符号整型数，RGB占用10位，A占用2位 |
| GL_R11F_G11F_B10F | 浮点数类型的格式，最大程度节约存储空间 |
| GL_RGB9_E5 | 浮点类型的格式，它的计算方式非常复杂，一般不用于帧缓冲格式，E是科学记数法的一个标识 |
3.3 压缩的格式
纹理压缩是非常重要的减少内存占用的一种方式，当可以使用纹理压缩方式时，最好都能运用这一方式。在OpenGL中有两种类型的压缩格式：通用的压缩方式和特定的压缩方式。
通用的纹理压缩方式的实现依赖于OpenGL的硬件驱动，一般来说实现比较自由，最好还是尽量避免使用。
通用的纹理压缩格式使用下面的语法：
GL_COMPRESSED_componentscomponents可以设置为RED RG RGB RGBA SRGB SRGB_ALPHA
压缩格式并不能被设置为帧缓冲区的格式
3.4 深度格式
深度格式有两种类型，归一化整型和浮点数类型，深度图像格式提供一下几种：
GL_DEPTH_COMPONENT16
GL_DEPTH_COMPONENT24
GL_DEPTH_COMPONENT32
GL_DEPTH_COMPONENT32F3.4 深度、模板格式
深度模板格式融合深度和纹理，可以让你设置深度缓冲区的同时设置模板缓冲区。
如果OpenGL提供了ARB_stencil_texturing扩展（OpenGL4.3）那么纹理对象可以设置一个参数来通过取样器获取模板的部分。
这种类型的图像格式只有两种：
GL_DEPTH24_STENCIL8
GL_DEPTH32F_STENCIL83.6 模板格式
模板格式用来存储一个模板值，模板值一般是无符号的整型，所有的模板格式类型使用GL_STENCIL_INDEX#的方式，包括
GL_STENCIL_INDEX1
GL_STENCIL_INDEX4
GL_STENCIL_INDEX8
GL_STENCIL_INDEX163.7 常用的图像格式
OpenGL规范对于图像格式的实现相对比较宽松，不过规范中也指明了某些格式必须要支持，包括以下的一些格式：
3.7.1 支持纹理和帧缓冲区
| 基本格式 | 数据类型 | 每一个分量占据的位数 |
|---|---|---|
| RGBA,RG,RED | 归一化整型 | 8,16 |
| RGBA,RG,RED | 浮点型 | 16,32 |
| RGBA,RG,RED | 无符号整型 | 8,16,32 |
| RGBA,RG,RED | 有符号整型 | 8,16,32 |
另外还包括
GL_RGB10_A2
GL_RGB10_A2UI
GL_R11F_G11F_B10F
GL_SRGB8_ALPHA8
GL_DEPTH_COMPONENT16
GL_DEPTH_COMPONENT24
GL_DEPTH_COMPONENT32F
GL_DEPTH24_STENCIL8
GL_DEPTH32F_STENCIL8
GL_STENCIL_INDEX8(4.3只支持帧缓冲区，4.4支持帧缓冲区和纹理)3.7.2 只支持纹理
以下的这些格式必须支持纹理，但是能否支持帧缓冲区OpenGL规范并没有强制要求：
| 基本类型 | 数据格式 | 分量占据的位数 |
|---|---|---|
| RGB | 无符号归一化整型 | 8,16 |
| RGBA,RGB,RG,RED | 有符号归一化整型 | 8,16 |
| RGB | 浮点 | 16,32 |
| RGB | 有符号整型 | 8,16,32 |
| RGB | 无符号整型 | 8,16,32 |
| RG,RED | 无符号整型 | Compressed with RGTC(TODO?) |
此外还包括：
GL_SRGB8
GL_RGB9_E53.8 图像格式查询
OpenGL的图像格式的许多属性根据OpenGL的实现不同而略有差异（这主要是OpenGL对于图像格式的要求比较宽松所致），OpenGL在4.3以及以上版本提供了一种查询图像格式的机制，可以使用下面的函数来获取图像格式：
void glGetInternalFormativ(
GLenum target,
GLenum internalformat,
GLenum pname,
GLsizei bufSize,
GLint *params);
void glGetInternalFormati64v(
GLenum target,
GLenum internalformat,
GLenum pname,
GLsizei bufSize,
GLint64 *params);3.9 过时的图像格式
在OpenGL Legecy中有两种类型的颜色格式Luminance和intensity，它们表示一般只有两个分量的格式（有点类似于RED或者是RG），但是它们的表现和RED与RG不一样。体现着：
当GL_RED在shader中使用时， vec4是(Red,0,0,1)
GL_INTENSITY是（I,I,I,I），GL_LUMINANCE是(L，L，L，1），GL_LUMINANCE_ALPHA是（L,L,L,A)
这两种格式有8位和16位两种：
GL_INTENSITY8,
GL_INTENSITY16，
GL_LUMINANCE8，
GL_LUMINANCE_ALPHA164. 其他
在设置OpenGL的InternalFormat的时候相对比较自由，但是一般来说调用需要设置internalformat的函数时，一般会有pixel format和type这两个参数与之在一起出现，例如：
void glTexImage2D( GLenum target,
GLint level,
GLint internalFormat,
GLsizei width,
GLsizei height,
GLint border,
GLenum format,
GLenum type,
const GLvoid * data);简单来说internalFormat定义了GPU中像素的格式和存储方式，format和type以及data这三个参数共同定义了在内存中像素的格式和存储方式，如果我们设置这两者格式差异很大，OpenGL在内部会帮助我们转换，这样往往带来性能上的损失，一般来说最好把二者设置的比较兼容，方便OpenGL做数据的传输，避免转换。
参考：
Image Format
stackoverflow关于internalformat讨论