如何使opengl mipmaps更清晰？答案

【问题标题】：how to make opengl mipmaps sharper?如何使opengl mipmaps更清晰？
【发布时间】：2011-08-24 18:20:01
【问题描述】：

我正在重写一个基于 opengl 的 gis/mapping 程序。除其他外，该程序允许您加载海图的光栅图像，将它们固定到经度/纬度坐标，并在它们上进行缩放和平移。

该程序的先前版本使用自定义平铺系统，实质上它手动创建原始图像的 mipmap，以 256x256 像素的平铺形式在各种二次方缩放级别。缩放级别为 n - 1 的图块由缩放级别 n 的四个图块构建而成，使用简单的四点平均算法。因此，它关闭了 opengl mipmapping，而是在需要以某个缩放级别绘制图表的某些部分时，它使用最接近匹配缩放级别的图块（即图块处于二次方缩放级别，但程序允许任意缩放级别）然后缩放图块以匹配实际缩放级别。当然，它还必须在各个级别管理所有这些切片的缓存。

在我看来，这个平铺系统过于复杂。看起来我应该能够让图形硬件为我完成所有这些 mipmapping 工作。所以在新程序中，当我读入一张图片时，我将它切成每个 1024x1024 像素的纹理。然后我将每个纹理固定到它的 lon/lat 坐标，然后在我缩放和平移时让 opengl 处理其余部分。

它有效，但问题是：我的结果比原始程序有点模糊，这对这个应用程序很重要，因为您希望能够尽早阅读图表上的文本，放大。因此，就清晰度而言，原始程序使用的简单四点平均算法似乎比 opengl + 我的 GPU 提供了更好的结果。

我知道有几个 glTexParameter 设置可以控制 mipmap 工作的某些方面。我已经尝试了 GL_TEXTURE_MAX_LEVEL（从 0 到 10 的任意位置）与 GL_TEXTURE_MIN_FILTER 的各种设置的各种组合。当我将 GL_TEXTURE_MAX_LEVEL 设置为 0（无 mipmap）时，我当然会得到“锐利”的结果，但它们太锐利，因为像素只是在这里和那里掉落，所以数字在中间变焦。当我将 GL_TEXTURE_MAX_LEVEL 设置为更高的值时，当您拉远时（例如，当整个图表适合屏幕时），图像看起来非常好，但是当您放大到中间缩放时，您会注意到模糊，尤其是在查看时图表上的文字。（即，如果不是文本，您可能会认为“哇，opengl 在平滑缩放我的图像方面做得很好。”但是对于文本，您会认为“为什么这张图表失焦了？”）

我的理解是，基本上你告诉 opengl 生成 mipmap，然后在放大时选择要使用的适当 mipmap，并且在两个最接近的 mipmap 级别之间进行插值有一些有限的选项，或者使用最接近的像素或平均附近的像素。但是，正如我所说，在图表上相同的缩放级别下，这些组合似乎都没有给出非常清晰的结果（即，文本很小但不是微不足道的缩放级别，例如相当于“7 点”或“ 8 点”大小），与之前基于图块的版本一样。

我的结论是，opengl 创建的 mipmap 比之前使用平均四点算法创建的程序更模糊，并且无论选择正确的 mipmap 或 LINEAR vs NEAREST 都不会获得我的清晰度需要。

具体问题：

(1) 与原始程序中的平均四点算法相比，opengl 实际上制作的 mipmap 看起来是否正确？

(2) 在使用 glTexParameter 时，我是否可能忽略了一些可以使用 opengl 正在制作的 mipmap 提供更清晰结果的东西？

(3) 有什么方法可以让 opengl 首先制作更清晰的 mipmap，例如使用“立方”过滤器或以其他方式控制 mipmap 创建过程？或者就此而言，我似乎可以使用相同的平均四点代码来手动生成 mipmap 并将它们交给 opengl。但我不知道该怎么做...

【问题讨论】：

从纹理坐标到像素的映射有点棘手。想象每个像素都是一个小方块。纹理坐标 0 和 1 不会击中中心的边界像素，但会击中边界。因此，通过对纹理内容进行简单的、基于像素的寻址，您可能会恰好到达像素之间的中间位置，从而引入一些“模糊”。
见this。此外，您似乎正在使用描述中的 GL_GENERATE_MIPMAP 。虽然可能相同，但使用 EXT_FRAMEBUFFER_OBJECT 的 glGenerateMipmap 可能值得一试。如果着色器是一个选项，您可以使用硬件加速进行自己的 mip 过滤。最后，如果将文本标签与地形数据分开是一种可能的选择，您也可以这样做（例如，使用基于距离图的算法显示标签，该算法在所有放大倍率下都提供非常好的抗锯齿结果）。

标签： opengl gis mipmaps blurry

【解决方案1】：

回答你的具体点，你提到的四点过滤相当于box-filtering。这比高阶过滤器不那么模糊，但会导致混叠模式。最好的过滤器之一是 Lanczos 过滤器。我建议您使用 Lanczos 过滤器从基础纹理计算所有 mipmap 级别，并在显卡上提高各向异性过滤设置。

我假设原始代码本身管理纹理，因为它旨在查看太大而无法放入图形内存的数据集。这在过去可能是一个更大的问题，但仍然是一个问题。

【讨论】：

好吧，这个程序实际上不需要读取如此大的图像（即，整个图像无法放入当前的图形内存中）。在这种情况下，缓存代码给代码库增加了很多复杂性和神秘性，因此简化代码有一个直接的实际原因。但是你的观点很好，一般来说，如果你想支持任意图像大小，你需要自己做一些缓存。
对不起。我一定过得很糟糕。当我感到沮丧时，我不应该对问题发表评论，因为我正在尝试为自己的问题找到答案。

【解决方案2】：

(1) 似乎不太可能；我希望它只是使用一个盒子过滤器，平均四点有效。可能只是在不同的时刻从一种纹理切换到更高分辨率的纹理——例如它“选择最接近纹理像素大小的 mipmap”，因此将使用 256x256 贴图来纹理 383x383 区域，而它所替代的手动系统可能总是从 512x512 缩小到目标大小为 256x256或更少。

(2) 不是我在基本 GL 中知道的，但是如果您要切换到 GLSL 和可编程管道，那么如果问题是较低分辨率的贴图是当你不想要它时被使用。同样，GL_EXT_texture_lod_bias 扩展可以在固定管道中执行相同的操作。这是十年前的 NVidia 扩展，是所有可编程卡都可以做到的，所以你很有可能拥有它。

（编辑：更彻底地阅读扩展，纹理偏差在 1.4 版中迁移到 OpenGL 的核心规范中；显然我的手册页非常过时。检查 1.4 spec，第 279 页，您可以提供 GL_TEXTURE_LOD_BIAS）

(3) 是的——如果你禁用 GL_GENERATE_MIPMAP，那么你可以使用 glTexImage2D 为每个比例级别提供你喜欢的任何图像，这就是“级别”参数的规定。因此，如果需要，您可以提供完全不相关的 mip 贴图。

【讨论】：

感谢您的快速回复。啊哈！ "level" 参数是关键，所以现在我知道你可以使用 glTexImage2D 来提供你自己的 mipmap。如果它增加了清晰度，我会尝试并报告。作为一个后续问题，如果您为某个级别的 opengl 使用它提供 mipmap，并且如果您不提供它，它会为您生成一个（直到指定的最大 mipmap），它的工作方式是什么？它是预先生成这些 mipmap，还是仅在实际需要时生成？
虽然如果你对问题（1）说的是真的，我似乎注定要失败。虽然如果你对问题 (2) 所说的是真的，我不一定注定要失败，但可能会做很多事情或工作......或者实际上，也许在 (3) 中，通过提供对于给定级别来说太大的 mipmap我也能达到同样的效果？？？
@M Katz：OpenGL 在早期版本中没有生成 mip 贴图，因此 glu 方法会在每个级别自动缩放和上传纹理。所以我认为默认的是GL什么都不做。 GL_GENERATE_MIPMAP 在 0 级上传时生成新的 mip 贴图，它在 3.0 中的替代品是 glGenerateMipmap，它仅根据命令生成 mip 贴图。因此，无论哪种方式，您都必须推动 GL 生成 mip 贴图。假设我对 (1) 的猜测是正确的，您应该能够按照我的编辑使用 GL_TEXTURE_LOD_BIAS 解决问题。
哇哦！通过在 gl.glTexImage2D() 之前使用 gl.glTexEnvf( gl.GL_TEXTURE_FILTER_CONTROL, gl.GL_TEXTURE_LOD_BIAS, -0.5 ) 可以停止模糊效果。我仍然需要在多个缩放级别上将我的结果与旧程序进行比较，但到目前为止它看起来不错。感谢您的出色诊断。