在OpenGL SC 2.0中能否将两个双通道纹理合并为四通道纹理使用？

我需要在片段着色器中使用两个带多级渐远（mipmap）的纹理，这两个纹理来自不同文件，无法在加载前合并。渲染时要根据一个属性值选择其中一个采样器的纹理数据，且这两幅都是双通道图像（红色通道为亮度，绿色通道为透明度）。

由于在非一致条件块（无法编译时求值的条件）中访问多级渐远纹理会得到未定义值，目前我采用的方案是：先对两个纹理完成采样，再通过条件或无分支方式选择正确的纹理数据（方案1代码见下文）。

现在想知道另一种方案是否可行：在初始化阶段将这两幅双通道图像合并为一幅四通道图像（前两个通道对应第一幅图的亮度、透明度，后两个通道对应第二幅图的亮度、透明度），之后直接采样全部四个通道，以此消除方案1中两次采样的额外开销？

方案1的片段着色器示例（原代码含bug） #

#version 100

precision mediump float;

varying vec2 v_objectTexCoord;
varying vec3 v_objectColorRGB;
varying float v_objectType; // 0.0 == 第一幅纹理, 1.0 == 第二幅纹理

uniform sampler2D u_tex_sampler_1;
uniform sampler2D u_tex_sampler_2;

// 注：此 shader 当前仅兼容 OpenGL ES 2.0
void main()
{
    // 纹理红色通道为亮度，绿色通道为透明度
    vec4 object_texture_1 = texture2D(u_tex_sampler_1, v_objectTexCoord);
    vec4 object_texture_2 = texture2D(u_tex_sampler_2, v_objectTexCoord);

    // 原代码存在bug：两处都使用了object_texture_1，正确应分别取两个纹理的对应通道
    float luminance = object_texture_1.r * (1.0 - v_objectType) + object_texture_1.r * v_objectType;
    float alpha = object_texture_1.g * (1.0 - v_objectType) + object_texture_1.g * v_objectType;

    // 透明度低于阈值则丢弃片段
    if (alpha < 0.01)
    {
        discard;
    }

    // 物体颜色 = 属性颜色 * 亮度 + 透明度
    vec4 color = vec4(v_objectColorRGB * luminance, alpha);
    gl_FragColor = color;
}

这个合并方案完全可行，且能有效减少采样开销。

可行性说明 #

初始化阶段将两幅双通道图像合并为四通道纹理的操作，本质是把第一幅图的亮度、透明度分别存入新纹理的R、G通道，第二幅图的亮度、透明度存入B、A通道。合并后只需绑定一个纹理采样器，在片段着色器中仅需一次采样就能获取两组纹理数据，再通过v_objectType选择对应的通道组合即可。

这种方式既避开了非一致条件中访问mipmap的未定义行为，又减少了一次纹理采样操作，在性能上比方案1更优。

合并方案的片段着色器示例 #

#version 100

precision mediump float;

varying vec2 v_objectTexCoord;
varying vec3 v_objectColorRGB;
varying float v_objectType; // 0.0 == 第一组通道(R/G), 1.0 == 第二组通道(B/A)

uniform sampler2D u_combined_tex_sampler;

void main()
{
    // 一次采样获取四通道数据
    vec4 combined_texture = texture2D(u_combined_tex_sampler, v_objectTexCoord);

    // 无分支选择对应通道：v_objectType为0时取R/G，为1时取B/A
    float luminance = mix(combined_texture.r, combined_texture.b, v_objectType);
    float alpha = mix(combined_texture.g, combined_texture.a, v_objectType);

    if (alpha < 0.01)
    {
        discard;
    }

    vec4 color = vec4(v_objectColorRGB * luminance, alpha);
    gl_FragColor = color;
}

额外提示 #

1. 合并纹理时需确保两幅输入图像的分辨率、mipmap层级完全一致，否则采样后的坐标对应关系会出错。
2. 使用mix函数实现无分支选择，比条件判断更适配GPU的并行执行特性，能进一步优化性能。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Michael Buerger