OpenGL中采样相邻纹理？解决分块纹理腐蚀轮廓断裂问题

问题描述 #

我正在GLSL中实现形态学灰度腐蚀以提取标记图像的轮廓。当前纹理以256x256分块加载，使用texelFetch无法采样块边界外的偏移像素：不加边界判断会出现块边界伪影；添加边界判断后，块边界处的轮廓会断开。请问是否有采样相邻纹理块的方法，或其他解决该问题的方案？

用户提供的Shader代码：

#version 430
in vec2 texCoords;
out vec4 outColor;

uniform isampler2D samplerTex;
ivec2 offsets[4] = ivec2[](ivec2(0, -1), ivec2(-1, 0), ivec2(1, 0), ivec2(0, 1));

void main()
{
    ivec2 texsize = textureSize(samplerTex, 0);
    ivec2 outcoords = ivec2(texCoords * texsize);
    uint pixel = texelFetch(samplerTex, outcoords, 0).x;
    if (pixel == 0)
        discard;

    uint erosion = pixel;
    for (int i = 0; i < 4; i++) {
        ivec2 coord = outcoords + offsets[i];
        if (coord.x < 0 || coord.y < 0 || coord.x >= texsize.x || coord.y >= texsize.y)
            continue;
        uint val = texelFetch(samplerTex, coord, 0).x;
        erosion = min(erosion, val);
    }
    if (pixel != erosion)
        outColor = vec4(1.0, 1.0, 1.0, 1.0);
    else
        discard;
}

解决方案 #

• 扩展纹理块的边界数据
  加载256x256分块纹理时，为每个块额外加载周围1像素的相邻块数据，让每个实际传入Shader的块尺寸变为258x258（边缘1像素是相邻块的内容）。这样Shader中使用texelFetch采样偏移像素时，块边缘的像素也能取到正确的相邻值，无需跳过边界判断，避免轮廓断开。

• 优化边界采样逻辑
  不要直接跳过边界外的采样，而是为边界外的像素设置合理默认值。灰度腐蚀取最小值，所以可以把边界外像素设为灰度最大值（比如255，需匹配你的灰度值范围），这样不会影响腐蚀计算结果。修改Shader中的循环代码：

  for (int i = 0; i < 4; i++) {
      ivec2 coord = outcoords + offsets[i];
      uint val;
      // 边界外像素设为最大值，不影响min计算
      if (coord.x < 0 || coord.y < 0 || coord.x >= texsize.x || coord.y >= texsize.y)
          val = 255;
      else
          val = texelFetch(samplerTex, coord, 0).x;
      erosion = min(erosion, val);
  }
  

  这样块边缘的像素能完成完整的腐蚀计算，不会出现轮廓断开的问题。

• 纹理边界模式设置（针对单纹理分块采样场景）
  如果是将整个大图像作为单纹理，通过分块坐标采样，可以调用OpenGL API设置纹理的边界环绕模式：

  glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_S, GL_CLAMP_TO_EDGE);
  glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_T, GL_CLAMP_TO_EDGE);
  

  这种模式下，采样超出纹理范围的坐标会被钳制到纹理边缘的像素值，适合图像真实边缘的处理，但对于分块加载的多纹理场景，还是前两种方法更有效。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者tboschi