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摘要

前面我们已经介绍了顶点shader的详细内容，以及之后的顶点变换和图元装配的细节，渲染管线的下一阶段就是片段shader了。本章介绍片段shader中的核心方面：对纹理的应用。主要包括以下方面：

1. Texturing Basics

在3D图形渲染中，最基本的操作之一就是将纹理应用到一个表面上。在OpenGL ES 3.0中，纹理主要包括这几种格式：2D纹理，2D纹理数组，3D纹理，立方图纹理。

通过使用纹理坐标将纹理应用到表面上，可以把纹理坐标当做纹理数据数组的索引。下面将介绍OpenGL ES中几个不同的纹理类型，并且说明它们是怎样进行加载和访问的。

2D纹理是OpenGL ES中最基础、最常见的纹理格式。一个2D纹理就是图像数据的一个二维数组，纹理图像数据可以表现为多种不同的基础格式，如下表：

一般情况下，在3D内容制作过程中，会生成一个网格，其中每一个顶点都有一个纹理坐标。2D纹理的纹理坐标用（s，t）表示，也叫（u，v）坐标，这个坐标用来在纹理图像中查找图像数据。

纹理图像的左下角坐标是（0.0，0.0），右上角坐标是（1.0，1.0），在区间[0.0, 1.0]之外的坐标也是被允许的，这些区间之外坐标的纹理由纹理的wrapping mode决定。

立方图纹理是由6个单独的2D纹理面组成的纹理，在3D渲染中有很多高级的使用方式，最常用的是环境贴图特效。通常，将一个摄像机放在场景中央，通过从6个轴的方向（+X, -X, +Y, -Y, +Z, -Z）捕捉场景图像，并将它们保存在每一个面上来生成一个立方图。

立方图纹理的像素通过一个3D向量（s，t，r）作为纹理坐标来进行查找，（s，t，r）代表着3D向量的（x，y，z）分量。首先根据这个3D向量，选择一个面，然后计算向量在这个面的投影或获得一个二维（s, t）坐标，具体的数学计算过程不在本章讨论范围，只需知道根据一个3D向量来查找立方图就可以了。

立方图的每个面的声明方法和2D纹理相同。每个面必须是正方形，并且每个面的宽高必须相同。用作纹理坐标的3D向量并不是逐顶点的储存在网格上，而是通过法线向量进行计算来获得。

3D纹理可以看做2D纹理切片的数组，用（s，t，r）坐标表示，其中r坐标用来选择要采样的切片，（s, t）坐标用来读取每一个切片的2D贴图。3D纹理的每一个mipmap等级包含着上一个等级纹理的一半数量的切片。

2D纹理数组和3D纹理很像，但用途不同。2D纹理数组经常用来储存2D图像动画，数组的每个切片代表动画的一帧。

2D纹理数组和3D纹理的差别虽然细微，却很重要。对于3D纹理，在切片之间会发生过滤；但在2D纹理数组中，只是从一个单独的切片中进行采样。并且，2D纹理数组的每一个mipmap等级都包含着和上一个等级的纹理相同数量的切片。

2D纹理数组的纹理坐标也用（s, t, r）表示，其中r坐标用来选择切片，（s，t）坐标用来在选择的切片上进行采用。