OpenGL ES 高级进阶：纹理数组

今天给大家介绍一下纹理数组，它是OpenGL ES 3.0引入的一个新特性，它能让我们以数组的方式往shader中传递纹理，我们先来看看一个普通的fragment shader：

#version 300 es
precision mediump float;
layout(location = 0) out vec4 fragColor;
layout(location = 0) uniform sampler2D u_texture;
in vec2 v_textureCoordinate;
void main() {
    fragColor = texture(u_texture, v_textureCoordinate);
}

在这个shader中我们声明了一个uniform sampler2D变量，即我们只能传递一个纹理，如果要传递多个纹理，就要声明多个uniform sampler2D：

#version 300 es
precision mediump float;
...
layout(location = 0) uniform sampler2D u_texture0;
layout(location = 1) uniform sampler2D u_texture1;
layout(location = 2) uniform sampler2D u_texture2;
...

这样一方面会占用多个纹理单元，另一方面一旦shader定了，里面支持的纹理数量也就定了，不利于各种数量的纹理，除非自己去生成shader。

纹理数组的出现让我们可以像传递一个数组一样将纹理传给shader，我们来看一下使用纹理数组时的shader：

// vertex shader
#version 300 es
precision mediump float;
layout(location = 0) in vec4 a_Position;
layout(location = 1) in vec3 a_textureCoordinate;
out vec3 v_textureCoordinate;
void main() {
    v_textureCoordinate = a_textureCoordinate;
    gl_Position = a_Position;
}

// fragment shader
#version 300 es
precision mediump float;
precision mediump sampler2DArray;
layout(location = 0) out vec4 fragColor;
in vec3 v_textureCoordinate;
layout(location = 0) uniform sampler2DArray u_texture;
void main() {
    fragColor = texture(u_texture, v_textureCoordinate);
}

我们先来看fragment shader，可以看到，sampler2D变成了sampler2DArray，表示它是一个数组，然后使用的时候，也是texture(u_texture, v_textureCoordinate)，似乎看越来和不使用纹理数组时一样？

其实不一样，也许细心的朋友发现了差别，v_textureCoordinate此时是vec3而不是vec2了，我们知道纹理坐标是二维的，这里vec3的第三维就是取对应的纹理，可以理解成是数组的下标。

我们还能看到，纹理数组不需要在shader先声明数组的大小，它是在代码里控制的，这样就很灵活，我们来看看代码是怎样写的，大部分的操作和使用普通纹理时一样

（可参考我的另一篇文章：[《Android OpenGL ES 2.0 手把手教学（6）- 纹理》] https://juejin.cn/post/6844903834523811853)

不一样的地方是首先绑定纹理时的类型不一样：

// 创建图片纹理数组
// Create texture for image
val textures = IntArray(1)
GLES30.glGenTextures(textures.size, textures, 0)
imageTexture = textures[0]

// 注意这里是GL_TEXTURE_2D_ARRAY
// Note that the type is GL_TEXTURE_2D_ARRAY
GLES30.glBindTexture(GLES30.GL_TEXTURE_2D_ARRAY, textures[0])

普通纹理是按GL_TEXTURE_2D的类型绑定的，这里是GL_TEXTURE_2D_ARRAY，另外，还要像给数组分配空间一样给纹理数组分配大小：

GLES30.glTexStorage3D(GLES30.GL_TEXTURE_2D_ARRAY, 1, GLES30.GL_RGBA8, 390, 270, 2)

比如在我们的例子中，我们创建了一个大小为2的纹理数组，每个纹理的大小是390*270，这里用的API叫glTexStorage3D，实际上还有一种纹理叫3D纹理，它和纹理数组有些类似，我们使用纹理数组的时候，有些API就是使用了操作3D纹理时的API。

接下来我们就把2张图片加载到我们的纹理数组中：

// 通过glTexSubImage3D指定每层的纹理
// Specify the texture of each layer via glTexSubImage3D
for (i in 0 until 2) {
    val bitmap = Util.decodeBitmapFromAssets("image_$i.jpg")
    val b = ByteBuffer.allocate(bitmap.width * bitmap.height * 4)
    bitmap.copyPixelsToBuffer(b)
    b.position(0)
    GLES30.glTexSubImage3D(GLES30.GL_TEXTURE_2D_ARRAY, 0, 0, 0, i, bitmap.width, bitmap.height, 1, GLES30.GL_RGBA, GLES30.GL_UNSIGNED_BYTE, b)
    bitmap.recycle()
}

这步操作和我们使用单个纹理时很类似，单个纹理时是用glTexImage2D，这里是用glTexSubImage3D并且需要指定当前是给纹理数组的哪层纹理载入数据。

我们前面提到，v_textureCoordinate此时是vec3而不是vec2了，因此我们传的纹理坐标也要相应的变化：

// 纹理坐标
// The texture coordinate
private val textureCoordinateData = floatArrayOf(
                                        0f, 1f, 0f, 
                                        0f, 0f, 0f, 
                                        1f, 0f, 0f, 
                                        0f, 1f, 0f, 
                                        1f, 0f, 0f, 
                                        1f, 1f, 0f,
                                        0f, 1f, 1f, 
                                        0f, 0f, 1f, 
                                        1f, 0f, 1f, 
                                        0f, 1f, 1f, 
                                        1f, 0f, 1f, 
                                        1f, 1f, 1f
                                    )

另外，在这里我将顶点坐标设置为左下角和右上角，因此会在左下角和右上角分配渲染纹理数组中的第0个和第1个纹理，效果如下：

代码在我github的OpenGLESPro项目中，本文对应的是SampleTextureArray，项目链接：https://github.com/kenneycode/OpenGLESPro