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OpenGL ES 学习教程(14)：帧缓冲区对象(FBO)实现渲染到纹理

发表于2017-11-20
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在应用程序调用任何OpenGL ES命令之前，首先都要创建一个渲染上下文(EGLContext) 和 绘图表面(EGLSurface)。并设置这两个成为现行上下文 和 表面。EGLContext 和 EGLSurface 通常是由原生窗口系统通过EGL等API 提供的。

由原生系统提供的EGLSurface 可以是一个在屏幕上显示的表面--窗口系统提供的帧缓冲区，也可以使屏幕外表面。

创建EGLSurface的时候，可以指定EGLSurface的宽高、是否使用颜色、深度、模版缓冲区。

bool initDevice()    
｛    
    const EGLint attribs[] =    
    ｛    
        EGL_SURFACE_TYPE, EGL_WINDOW_BIT,    
        EGL_BLUE_SIZE, 8,    
        EGL_GREEN_SIZE, 8,    
        EGL_RED_SIZE, 8,    
        EGL_ALPHA_SIZE,8,    
        EGL_DEPTH_SIZE, 24, //请求深度缓冲区    
        EGL_STENCIL_SIZE, 8,//请求模版缓冲区    
        EGL_NONE    
    ｝;    
    EGLint  format(0);    
    EGLint  numConfigs(0);    
    EGLint  major;    
    EGLint  minor;    
    //! 1    
    m_EGLDisplay = eglGetDisplay(EGL_DEFAULT_DISPLAY);    
    ......    
｝
一般情况下，我们只需要系统提供的帧缓冲区作为绘图表面，但是又有些特殊情况，比如阴影贴图、动态反射、处理后特效等需要渲染到纹理(Render To Texture/RTT)操作的，如果使用系统提供的帧缓冲区，效率会比较低下。

对于系统提供的帧缓冲区，如果要实现RTT，有下面两种方式：

1、直接将帧缓冲区的对应区域 赋值到纹理 来实现RTT。

借助 glCopyTexImage2D / glCopyTexSubImage2D 来从帧缓冲区复制颜色数据到纹理缓冲区。因为需要复制数据，所以操作比较慢，而且受限于EGLSurface的宽高尺寸，纹理的尺寸只能小余 等于 帧缓冲区尺寸。

2、使用连接到纹理的pbuffer 来实现RTT。

窗口系统提供的 EGLSurface必须连接到EGLContext。但是pbuffer 和  EGLSurface 可能需要不同的 EGLContext，这样的实现可能效率低。

而且，在窗口系统提供的EGLSurface 之间切换可能需要清除所有切换之前渲染的图像，这会造成CPU的闲置。这种情况下建议不要使用，因为EGLSurface和EGLContext 切换相关的开销很大。


上面两种方式来实现RTT都有不同的问题，所以我们考虑使用帧缓冲区对象来实现RTT。


帧缓冲区对象支持如下操作：

1、使用OpenGL ES的API创建帧缓冲区对象。

2、一个EGLContext 中可以创建多个帧缓冲区对象，免去切换的操作。

3、帧缓冲区对象可以连接到 屏幕外颜色、深度、模版缓冲区 和 纹理。(FrameBufferObject 和 RenderBuffer/Texture2D 连接)

4、可以在多个帧缓冲区之间共享颜色、深度、模版缓冲区

5、帧缓冲区对象可以直接连接纹理，避免复制操作。

6、在帧缓冲区之间复制并使帧缓冲区内容失效


下面开始学习使用帧缓冲区对象

首先知道的是，帧缓冲区对象只是一个缓冲区对象，那么这个缓冲区中的数据，要在哪里呈现出来呢？

那就要提到帧缓冲区的三个附着点，颜色附着、深度附着、模版附着。我们只要指定一个 纹理，然后附着到颜色附着点上，那么帧缓冲区的数据都全部到这个纹理上去了，然后我们再渲染出这个纹理来，或者存为一个文件也可以。


至于深度附着、模版附着。可以先查看之前的文章介绍，了解深度缓冲、模版缓冲的作用。

OpenGL ES 学习教程(12)：DEPTH_TEST(深度缓冲测试)

OpenGL ES 学习教程(13)：Stencil_TEST(模板缓冲测试)


好，下面开始使用帧缓冲区对象。


首先需要查询当前设备的GLES实现所支持的最大帧缓冲区尺寸

//查询当前GLES实现所支持的最大的RenderBufferSize,就是尺寸  
glGetIntegerv(GL_MAX_RENDERBUFFER_SIZE, &m_maxRenderBufferSize);  
//如果我们设定的图片尺寸超过了GLES实现所支持的尺寸，就抛出错误  
if ((m_maxRenderBufferSize <= m_textureWidth) || (m_maxRenderBufferSize <= m_textureHeight))  
｛  
    return;  
｝

然后创建帧缓冲区对象

glGenFramebuffers(1, &m_frameBuffer);

然后产生一个纹理对象，并且设置纹理参数
glGenTextures(1, &m_texture);  
glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, m_texture);  
glTexImage2D(GL_TEXTURE_2D, 0, GL_RGB, m_textureWidth, m_textureHeight, 0, GL_RGB, GL_UNSIGNED_SHORT_5_6_5, NULL);  
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_S, GL_CLAMP_TO_EDGE);  
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_T, GL_CLAMP_TO_EDGE);  
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MAG_FILTER, GL_LINEAR);  
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_LINEAR);

然后将纹理对象 连接到 帧缓冲区对象的颜色附着点
 
glBindFramebuffer(GL_FRAMEBUFFER, m_frameBuffer);  
glFramebufferTexture2D(GL_FRAMEBUFFER, GL_COLOR_ATTACHMENT0, GL_TEXTURE_2D, m_texture, 0);

然后检测帧缓冲区完整性，如果完整的话就开始进行绘制
GLenum tmpStatus = glCheckFramebufferStatus(GL_FRAMEBUFFER);  
if (tmpStatus == GL_FRAMEBUFFER_COMPLETE)  
｛  
    glClear(GL_DEPTH_BUFFER_BIT | GL_COLOR_BUFFER_BIT);  
    glViewport(0, 0, m_width, m_height);  
    ｛  
        //model;  
        glm::mat4 model = glm::mat4(1.0f);  
        //View  
        glm::mat4 view = glm::lookAt(glm::vec3(0, 0, 10), glm::vec3(0, 0, 0), glm::vec3(0, 1, 0));  
        //透视  
        glm::mat4 proj = glm::perspective(glm::radians(60.0f), 1.0f, 0.3f, 1000.0f);  
        proj = proj*view*model;  
        m_program.begin();  
        ｛  
            glm::vec3 pos[] =  
            ｛  
                glm::vec3(-5.0f, -5.0f, 0.0f),  
                glm::vec3(5.0f, -5.0f, 0.0f),  
                glm::vec3(0.0f, 5.0f, 0.0f),  
            ｝;  
            glm::vec4 color[] =  
            ｛  
                glm::vec4(colorX, colorY, colorZ, 1),  
                glm::vec4(colorZ, colorX, colorY, 1),  
                glm::vec4(colorY, colorZ, colorX, 1),  
            ｝;  
            colorX += 0.001f;  
            if (colorX > 1) colorX = 0;  
            colorY += 0.002f;  
            if (colorY > 1) colorY = 0;  
            colorZ += 0.003f;  
            if (colorZ > 1) colorZ = 0;  
            glUniformMatrix4fv(m_program.m_mvp, 1, false, &proj[0][0]);  
            glVertexAttribPointer(m_program.m_position, 2, GL_FLOAT, false, sizeof(glm::vec3), pos);  
            glVertexAttribPointer(m_program.m_color, 4, GL_FLOAT, false, sizeof(glm::vec4), color);  
            glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, 3);  
        ｝  
        m_program.end();  
    ｝

这里是绘制了一个颜色渐变的三角形，到帧缓冲区中。然后GLES会把这一帧的数据，就是这个颜色渐变的三角形 指定到创建的纹理中。


绘制完毕后，将当前绑定的帧缓冲区重置为窗口系统提供的帧缓冲区，开始把创建的纹理，绘制出来。

GLenum tmpStatus = glCheckFramebufferStatus(GL_FRAMEBUFFER);  
if (tmpStatus == GL_FRAMEBUFFER_COMPLETE)  
｛  
    ......  
    绘制到帧缓冲区对象中  
    ......  
    glBindFramebuffer(GL_FRAMEBUFFER, GL_NONE);  
    glClear(GL_DEPTH_BUFFER_BIT | GL_COLOR_BUFFER_BIT);  
    glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, m_texture);  
    ｛  
        orientationX += 3.0f;  
        orientationY += 4.0f;  
        orientationZ += 5.0f;  
        //model;  
        glm::mat4 trans = glm::translate(glm::vec3(3, 0, 0)); //向x正反向移动2个单位;  
        glm::mat4 rotation = glm::eulerAngleYXZ(glm::radians(orientationX), glm::radians(orientationY), glm::radians(orientationZ));  
        glm::mat4 scale = glm::scale(glm::vec3(2.0f, 2.0f, 2.0f));  
        glm::mat4 model = trans*scale*rotation; //一定要先trans，然后再其它;先缩放，然后再移动，那么移动的位置也被缩放了。先移动再缩放就不会放大移动的位置;  
        //View  
        glm::mat4 view = glm::lookAt(glm::vec3(0, 0, 10), glm::vec3(0, 0, 0), glm::vec3(0, 1, 0));  
        //透视  
        glm::mat4 proj = glm::perspective(glm::radians(60.0f), (float)m_width / m_height, 0.3f, 1000.0f);  
        proj = proj*view*model;  
        m_program_1.begin();  
        ｛  
            glm::vec3 pos[] =  
            ｛  
                //Front  
                glm::vec3(-1.0f, -1.0f, 1.0f),  
                glm::vec3(1.0f, -1.0f, 1.0f),  
                glm::vec3(1.0f, 1.0f, 1.0f),  
                glm::vec3(-1.0f, -1.0f, 1.0f),  
                glm::vec3(1.0f, 1.0f, 1.0f),  
                glm::vec3(-1.0f, 1.0f, 1.0f),  
                //back  
                glm::vec3(-1.0f, -1.0f, -1.0f),  
                glm::vec3(1.0f, -1.0f, -1.0f),  
                glm::vec3(1.0f, 1.0f, -1.0f),  
                glm::vec3(-1.0f, -1.0f, -1.0f),  
                glm::vec3(1.0f, 1.0f, -1.0f),  
                glm::vec3(-1.0f, 1.0f, -1.0f),  
                //left  
                glm::vec3(-1.0f, -1.0f, -1.0f),  
                glm::vec3(-1.0f, -1.0f, 1.0f),  
                glm::vec3(-1.0f, 1.0f, 1.0f),  
                glm::vec3(-1.0f, -1.0f, -1.0f),  
                glm::vec3(-1.0f, 1.0f, 1.0f),  
                glm::vec3(-1.0f, 1.0f, -1.0f),  
                //right  
                glm::vec3(1.0f, -1.0f, -1.0f),  
                glm::vec3(1.0f, -1.0f, 1.0f),  
                glm::vec3(1.0f, 1.0f, 1.0f),  
                glm::vec3(1.0f, -1.0f, -1.0f),  
                glm::vec3(1.0f, 1.0f, 1.0f),  
                glm::vec3(1.0f, 1.0f, -1.0f),  
                //up  
                glm::vec3(-1.0f, 1.0f, 1.0f),  
                glm::vec3(1.0f, 1.0f, 1.0f),  
                glm::vec3(1.0f, 1.0f, -1.0f),  
                glm::vec3(-1.0f, 1.0f, 1.0f),  
                glm::vec3(1.0f, 1.0f, -1.0f),  
                glm::vec3(-1.0f, 1.0f, -1.0f),  
                //down  
                glm::vec3(-1.0f, -1.0f, 1.0f),  
                glm::vec3(1.0f, -1.0f, 1.0f),  
                glm::vec3(1.0f, -1.0f, -1.0f),  
                glm::vec3(-1.0f, -1.0f, 1.0f),  
                glm::vec3(1.0f, -1.0f, -1.0f),  
                glm::vec3(-1.0f, -1.0f, -1.0f),  
            ｝;  
            glm::vec2 uv[] =  
            ｛  
                //front  
                glm::vec2(0, 0),  
                glm::vec2(1, 0),  
                glm::vec2(1, 1),  
                glm::vec2(0, 0),  
                glm::vec2(1, 1),  
                glm::vec2(0, 1),  
                //back  
                glm::vec2(0, 0),  
                glm::vec2(1, 0),  
                glm::vec2(1, 1),  
                glm::vec2(0, 0),  
                glm::vec2(1, 1),  
                glm::vec2(0, 1),  
                //left  
                glm::vec2(0, 0),  
                glm::vec2(1, 0),  
                glm::vec2(1, 1),  
                glm::vec2(0, 0),  
                glm::vec2(1, 1),  
                glm::vec2(0, 1),  
                //right  
                glm::vec2(0, 0),  
                glm::vec2(1, 0),  
                glm::vec2(1, 1),  
                glm::vec2(0, 0),  
                glm::vec2(1, 1),  
                glm::vec2(0, 1),  
                //top  
                glm::vec2(0, 0),  
                glm::vec2(1, 0),  
                glm::vec2(1, 1),  
                glm::vec2(0, 0),  
                glm::vec2(1, 1),  
                glm::vec2(0, 1),  
                //down  
                glm::vec2(0, 0),  
                glm::vec2(1, 0),  
                glm::vec2(1, 1),  
                glm::vec2(0, 0),  
                glm::vec2(1, 1),  
                glm::vec2(0, 1)  
            ｝;  
            glm::vec4 color[] =  
            ｛  
                //Front  
                glm::vec4(1, 1, 1, 0.4),  
                glm::vec4(1, 1, 1, 0.4),  
                glm::vec4(1, 1, 1, 0.4),  
                glm::vec4(1, 1, 1, 0.4),  
                glm::vec4(1, 1, 1, 0.4),  
                glm::vec4(1, 1, 1, 0.4),  
                //back  
                glm::vec4(1, 1, 1, 0.4),  
                glm::vec4(1, 1, 1, 0.4),  
                glm::vec4(1, 1, 1, 0.4),  
                glm::vec4(1, 1, 1, 0.4),  
                glm::vec4(1, 1, 1, 0.4),  
                glm::vec4(1, 1, 1, 0.4),  
                //left  
                glm::vec4(1, 1, 1, 0.4),  
                glm::vec4(1, 1, 1, 0.4),  
                glm::vec4(1, 1, 1, 0.4),  
                glm::vec4(1, 1, 1, 0.4),  
                glm::vec4(1, 1, 1, 0.4),  
                glm::vec4(1, 1, 1, 0.4),  
                //right  
                glm::vec4(1, 1, 1, 0.4),  
                glm::vec4(1, 1, 1, 0.4),  
                glm::vec4(1, 1, 1, 0.4),  
                glm::vec4(1, 1, 1, 0.4),  
                glm::vec4(1, 1, 1, 0.4),  
                glm::vec4(1, 1, 1, 0.4),  
                //up  
                glm::vec4(1, 1, 1, 0.4),  
                glm::vec4(1, 1, 1, 0.4),  
                glm::vec4(1, 1, 1, 0.4),  
                glm::vec4(1, 1, 1, 0.4),  
                glm::vec4(1, 1, 1, 0.4),  
                glm::vec4(1, 1, 1, 0.4),  
                //down  
                glm::vec4(1, 1, 1, 1),  
                glm::vec4(1, 1, 1, 1),  
                glm::vec4(1, 1, 1, 1),  
                glm::vec4(1, 1, 1, 1),  
                glm::vec4(1, 1, 1, 1),  
                glm::vec4(1, 1, 1, 1),  
            ｝;  
            glUniformMatrix4fv(m_program_1.m_mvp, 1, false, &proj[0][0]);  
            glVertexAttribPointer(m_program_1.m_position, 3, GL_FLOAT, false, sizeof(glm::vec3), pos);  
            glVertexAttribPointer(m_program_1.m_uv, 2, GL_FLOAT, false, sizeof(glm::vec2), uv);  
            glVertexAttribPointer(m_program_1.m_color, 4, GL_FLOAT, false, sizeof(glm::vec4), color);  
            glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, 6 * 6);  
        ｝  
        m_program_1.end();  
    ｝  
    eglSwapBuffers(m_EGLDisplay, m_EGLSurface);   
｝

有一点注意，我们创建的帧缓冲区对象，双缓冲这个东西是没用的。双缓冲只是用于窗口系统创建的帧缓冲区。

所以第二次绘制，也就是绘制纹理的时候，要记得加上  eglSwapBuffers 双缓冲切换。


最终效果如下图



当然也可以把纹理 附着到 帧缓冲区的深度附着点。然后渲染深度纹理。

和上面的区别是设置纹理参数的时候有不同

glGenTextures(1, &m_texture);  
glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, m_texture);  
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最终效果如下图：



示例项目下载地址：

RenderToTexture：http://pan.baidu.com/s/1qYjKPEO 提取码：hp4h

DepthTexture：http://pan.baidu.com/s/1hst49CS  提取码：twea

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