texelfetch：詳細介紹和使用指南

一、基本概念

texelfetch是在GLSL（OpenGL着色器語言）中用於讀取單個紋理元素（texture element，或稱texel）的函數。它的作用相當於紋理採樣函數texture()的sampler外的擴展版，它提供了更加靈活和細粒度的讀取控制，其參數包括進一步指定的紋理坐標、讀取的MipMap層級和圖像面。

texelfetch的具體參數如下：

vec4 texelFetch(sampler2D tex, ivec2 coord, int lod = 0)
vec4 texelFetch(sampler2DArray tex, ivec3 coord, int lod = 0)
vec4 texelFetch(sampler3D tex, ivec3 coord, int lod = 0, int offset = 0)
vec4 texelFetch(samplerCube tex, vec3 coord, int lod = 0)
vec4 texelFetch(sampler2DMS tex, ivec2 coord, int sample)
vec4 texelFetch(sampler2DMSArray tex, ivec3 coord, int sample)

二、參數詳解

1. 第一個參數是用於texel讀取的紋理，它必須是一個已經定義並綁定到OpenGL着色器器上下文中的紋理對象，紋理類型可以是2D紋理、2D數組紋理、3D紋理、立方體紋理和多重採樣紋理。

2. 第二個參數是一個整數坐標向量，對應於要讀取的texel元素的紋理坐標。

3. 第三個參數是一個整數值，它指定要讀取的MipMap等級。

4. 對於3D紋理，可以提供第四個參數指定讀取的圖像面（一個3D紋理是由一組疊加的圖像面構成的）。

5. 對於多重採樣紋理，可以提供第三個整數參數指定讀取的樣本號。

三、使用場景

1. 矩陣相乘

考慮一個場景，需要對一個矩陣作用到一個紋理對象上，並將變換後的紋理傳遞給另一個着色器進行後續渲染。使用texelFetch可以實現以下的操作：

ivec2 size = textureSize(input_texture, 0); // 獲取紋理圖像的大小
for(int i=0; i<size[0]; ++i) {
    for(int j=0; j<size[1]; ++j) {
        vec4 texel = texelFetch(input_texture, ivec2(i, j), 0); // 獲取texel
        vec4 result = input_matrix * texel; // 矩陣變換
        output_texture[ij] = result; // 保存變換後的texel
    }
}

2. 實現Gaussian模糊

Gaussian模糊是一種廣泛應用於圖像處理的技術，它可以模擬光學攝像機中的物理模糊效果，從而達到柔和圖像的效果。使用texelFetch可以大大簡化實現該算法的代碼，使其更加高效和靈活。

void main() {
    vec2 texelSize = vec2(1.0) / textureSize(input_texture, 0); // 計算texel尺寸
    float kernel[] = float[](0.06136, 0.24477, 0.38774, 0.24477, 0.06136); // Gaussian核
    vec4 sum = vec4(0.0);
    for(int i = -2; i < = 2; ++i) {
        vec2 offset = vec2(i) * texelSize; // 計算採樣偏移
        sum += texelFetch(input_texture, ivec2(gl_FragCoord.xy) + ivec2(offset), 0) * kernel[i + 2]; // 加權平均採樣
    }
    outColor = sum;
}

3. 繪製帶透明度的玻璃杯

如果要在OpenGL中渲染一個帶透明度的玻璃杯，可以使用texelFetch來讀取紋理中的不透明像素，並經過一些計算後將透明像素標記為透明。

void main() {
    vec4 texel = texelFetch(input_texture, ivec2(gl_FragCoord.xy), 0); // 獲取texel
    if(texel.a < threshold) {
        discard;  // 將低於threshold的透明像素標記為透明
    }
    // 根據texel.r, texel.g和texel.b繪製帶有不透明度的茶杯
    // ...
    outColor = vec4(color, 1.0 - texel.a); // 輸出顏色
}

四、總結

texelfetch是GLSL提供的一個用於讀取紋理元素的強大函數，它可以提供更靈活、更細粒度的紋理讀取控制，適用於多種場景。在實際應用中，我們可以根據需求使用不同的紋理類型和不同的參數組合來實現目標需求。