WebGL2.0：渲染到纹理

RTT(Render to Texture)

RTT（Render to Texture）即渲染到纹理。在普通的图形渲染流程中，最终结果是渲染到帧缓存中，然后才会显示到屏幕上。而RTT则是将场景渲染到一张纹理上，并且在之后进行使用。

1. 创建纹理对象

要进行RTT，首先要创建一个纹理对象：

// 创建渲染对象
const targetTextureWidth = 256;   // 纹理的长度与宽度
const targetTextureHeight = 256;
const targetTexture = gl.createTexture();  // 创建纹理对象
gl.bindTexture(gl.TEXTURE_2D, targetTexture); // 进行bind，以下操作针对的是当前bind对象
 
{
  // 定义 0 级的大小和格式，不需要mipmap只需定义level 0即可
  const level = 0;
  const internalFormat = gl.RGBA; // 每个像素使用RGBA表示
  const border = 0;                         // 纹理的border，必须为0
  const format = gl.RGBA;
  const type = gl.UNSIGNED_BYTE; // 像素每个通道的存储格式
  const data = null;                             // 设置成null
  gl.texImage2D(gl.TEXTURE_2D, level, internalFormat,
                targetTextureWidth, targetTextureHeight, border,
                format, type, data);
 
  gl.texParameteri(gl.TEXTURE_2D, gl.TEXTURE_MIN_FILTER, gl.LINEAR);
  gl.texParameteri(gl.TEXTURE_2D, gl.TEXTURE_WRAP_S, gl.CLAMP_TO_EDGE);
  gl.texParameteri(gl.TEXTURE_2D, gl.TEXTURE_WRAP_T, gl.CLAMP_TO_EDGE);
}

需要注意的是，这里只是创建了一个纹理对象，并没有提供数据，因此data设置成了null。

2. 创建帧缓冲

接下来，需要创建一个帧缓冲（framebuffer），帧缓冲是一个附件集，附件是纹理或renderbuffer。Renderbuffer与纹理很像，但支持一些纹理不支持的格式和可选项。不过，不能像纹理那样直接将renderbuffer提供给着色器。

// 创建并绑定帧缓冲
const fb = gl.createFramebuffer();
gl.bindFramebuffer(gl.FRAMEBUFFER, fb);
 
// 附加纹理为第一个颜色附件
const attachmentPoint = gl.COLOR_ATTACHMENT0;
gl.framebufferTexture2D(
    gl.FRAMEBUFFER, attachmentPoint, gl.TEXTURE_2D, targetTexture, level);
gl.bindFramebuffer(gl.FRAMEBUFFER, fb);

3. 创建深度附件

在渲染到纹理时，可以选择不创建深度附件，这样就没有深度检测，渲染出来的纹理遮挡关系可能不正确。如果需要创建深度附件，则可以按照以下步骤进行：

// 创建一个深度纹理
const depthTexture = gl.createTexture();
gl.bindTexture(gl.TEXTURE_2D, depthTexture);
 
// 设置深度缓冲的大小和targetTexture相同
{
    
    
  // 定义 0 级的大小和格式
  const level = 0;
  const internalFormat = gl.DEPTH_COMPONENT24;
  const border = 0;
  const format = gl.DEPTH_COMPONENT;
  const type = gl.UNSIGNED_INT;
  const data = null;
  gl.texImage2D(gl.TEXTURE_2D, level, internalFormat,
                targetTextureWidth, targetTextureHeight, border,
                format, type, data);
 
  gl.texParameteri(gl.TEXTURE_2D, gl.TEXTURE_MIN_FILTER, gl.NEAREST);
  gl.texParameteri(gl.TEXTURE_2D, gl.TEXTURE_MAG_FILTER, gl.NEAREST);
  gl.texParameteri(gl.TEXTURE_2D, gl.TEXTURE_WRAP_S, gl.CLAMP_TO_EDGE);
  gl.texParameteri(gl.TEXTURE_2D, gl.TEXTURE_WRAP_T, gl.CLAMP_TO_EDGE);
 
  // 将深度纹理附加到缓冲帧
  gl.framebufferTexture2D(gl.FRAMEBUFFER, gl.DEPTH_ATTACHMENT, gl.TEXTURE_2D, depthTexture, level);
}

4. 进行渲染，生成纹理

在渲染之前需要先绑定帧缓冲以及设置视口。以下是进行渲染的代码：

// 绑定帧缓冲
gl.bindFramebuffer(gl.FRAMEBUFFER, fb);

// 设置视口大小
gl.viewport(0, 0, targetTextureWidth, targetTextureHeight);

// 清空画布颜色缓冲区和深度缓冲区
gl.clearColor(0, 0, 0, 1);
gl.clear(gl.COLOR_BUFFER_BIT | gl.DEPTH_BUFFER_BIT);

// 设置相机
// ...

// 设置光源
// ...

// 绘制场景
// ...

5. 使用纹理

渲染到纹理，目前我知道的使用场景有以下几种：
1. 直接交给着色器使用
生成的纹理可以直接传递给着色器，在着色器中使用它进行渲染。在进行渲染之前，需要将Framebuffer的绑定解除，并使用纹理对象进行绘制：

// 将帧缓冲的绑定解除
gl.bindFramebuffer(gl.FRAMEBUFFER, null);
 
// 使用生成的纹理进行绘制
gl.bindTexture(gl.TEXTURE_2D, targetTexture);
gl.viewport(0, 0, gl.canvas.width, gl.canvas.height);
gl.useProgram(program);
gl.drawArrays(gl.TRIANGLES, 0, 6);

2. 读取纹理到数组，然后进一步使用, 可用于拾取对象、生成纹理、调试Shader等

// 读取纹理到数组
const pixels = new Uint8Array(targetTextureWidth * targetTextureHeight * 4);
gl.readPixels(0, 0, targetTextureWidth, targetTextureHeight, gl.RGBA, gl.UNSIGNED_BYTE, pixels);

在这里，我们使用gl.readPixels()函数将帧缓冲区中的像素数据读取到一个数组中。这个数组就是我们最终生成的纹理数据，可以用来在之后的渲染中使用。如果想用这个数组重新生成纹理，可按以下代码：

// 创建纹理对象
const texture = gl.createTexture();
gl.bindTexture(gl.TEXTURE_2D, texture);

// 设置纹理参数
gl.texParameteri(gl.TEXTURE_2D, gl.TEXTURE_MIN_FILTER, gl.LINEAR);
gl.texParameteri(gl.TEXTURE_2D, gl.TEXTURE_WRAP_S, gl.CLAMP_TO_EDGE);
gl.texParameteri(gl.TEXTURE_2D, gl.TEXTURE_WRAP_T, gl.CLAMP_TO_EDGE);

// 将像素数据绑定到纹理对象上
gl.texImage2D(gl.TEXTURE_2D, 0, gl.RGBA, targetTextureWidth, targetTextureHeight, 0, gl.RGBA, gl.UNSIGNED_BYTE, pixels);

有些开发者将Shader的中间值渲染到纹理用于调试。有些软件将场景物体的ID渲染到纹理，用于物体的拾取。
3. Shadowmap
在 Shadow Mapping 中，首先需要渲染一次场景，生成深度贴图（Depth Map），这个深度贴图实际上就是一张纹理，存储了从光源视角看到的场景的深度信息。然后，再将深度贴图应用到场景中进行阴影计算。渲染到纹理是实现 Shadow Mapping 的一种基础技术。