openGL点精灵PointSprite具体解释: 纹理映射，旋转，缩放，移动

第一，什么是点精灵

openGL的图形由顶点构成，以后利用顶点进行纹理的映射。点精灵就是，一个顶点被当作一个精灵来处理。特别之处就是，一个顶点也可进行纹理贴出。比如，原来是个顶点构成的一个矩形，如今一个顶点就能够完毕了。瞬间我们就能够想想，粒子效果，那些云雾水流火花什么的用了点精灵，就能够瞬间降低3个顶点的计算，glDrawArrays使用GL_POINT就能够了，全然也不须要什么顶点索引了。这是很诱人的效率。

第二，点精灵的局限

一个顶点缩放都必须是矩形。而且大小的最大最小值是有范围的，每一个openGL的实现不一样须要查询获得。既然是一个纹理映射到一个顶点上，那么纹理映射就和原来全然不同，有些复杂。可能会抵消掉一些性能的优势。

第三，点精灵的使用

首先绘制的时候使用GL_POINT类型，那么在顶点着色器中就会有一个内置的仅仅读变量能够使用，叫做gl_PointSize。这个值控制了点精灵顶点的大小，是像素数值。这个数值的范围使用例如以下查询：

glGetFloatv(GL_ALIASED_POINT_SIZE_RANGE, glInfo.pointSizeRange);
 
logD("GL_ALIASED_POINT_SIZE_RANGE[%f, %f]", glInfo.pointSizeRange[0], glInfo.pointSizeRange[1]);

经过測试我发现不同的机器这个数值却别非常大，有的机器有500多像素，有的仅仅有1个像素，这确实是个问题。

接下来就是怎样在这个顶点上映射纹理了。在片段着色器中仍然有一个内置的仅仅读变量叫做gl_PointCoord。这个值是已经插值计算后的纹理坐标。就是纹理上每一个像素点的xy坐标。所以这个变量是一个vec2类型的。

特别须要说明的是，纹理映射的坐标是bottom left为00点，这里是top left为00点。那么片段着色器看起来就是这种。

gl_FragColor = texture2D(uSampler2D,gl_PointCoord);

这里曾经texture2D採样的是，我们计算出来的UV值，如今这个值是默认提供的，从左上角開始的坐标。片段着色器在每一个像素上运行，就会把一个默认的纹理绘制到顶点上。

第四，怎样旋转，缩放，移动纹理

这里能明显感到一个问题，就是曾经纹理映射到顶点上，对顶点进行矩阵运算就能够一起变化映射好的纹理了。但是如今压根就仅仅有一个顶点，一个默认的纹理坐标怎样完毕操作呢。

有一点须要有一个清晰的概念。曾经顶点和纹理是映射的，我们对顶点的矩阵操作就是对纹理的变换。如今须要区分开，矩阵对顶点的变换依旧有效，但是对纹理没有不论什么作用。所以，我们须要单独对纹理进行操作，也就是对纹理坐标的变换。

方法有2种：

1，我们直接对gl_PointCoord直接操作。 这个值是一个区间在[0,1]之间的数值，代表了纹理坐标，从左上点開始。我们能够尝试的这样：

gl_FragColor = texture2D(uSampler2D, gl_PointCoord + vec2(0.5));
gl_FragColor = texture2D(uSampler2D, gl_PointCoord - vec2(0.5));

尝试一下就会发现终于点精灵上的纹理发生了偏移。但我们要把偏移，旋转，用这个坐标计算是很麻烦的也不是不可能。可是复杂的算法放到片段着色器上，每一个像素点上都执行是不明智的。

2，既然矩阵能够把各种变化一次性施加到顶点上，那么我们相同能够用矩阵来变换gl_PointCoord的坐标。这样我们能够把纹理上的像素坐标看作是顶点，顺其自然的用矩阵来变换这些顶点。仅仅只是这些纹理顶点仅仅有xy2个坐标，而通常我们计算顶点的矩阵是xyzw坐标。

再一次强调，纹理gl_PointCoord坐标是从top left 为00点開始。可是我们的矩阵是用00点做中心点的。这就出现一个情况，纹理矩形的几何中心点没有和矩阵的中心点重合。为了正确旋转，我们须要把纹理矩形的中心点移动到矩阵的中心点。类似例如以下操作

varying mat4 vTextureMat;
void main()
{
  gl_FragColor = texture2D(uSampler2D,
  (vTextureMat * vec4(gl_PointCoord - vec2(0.5), 0.0, 1.0)).xy + vec2(0.5));
}

这是一个片段着色器脚本。我们能够当看到，vec4构造器把纹理坐标转换到mat4能够操作的大小。gl_PointCoord – vec2(0.5)就是把纹理矩形移动到矩阵的中心点。在做矩阵操作，以后在移动回去 + vec2(0.5), 偏移0.5是为了正确使用矩阵运算。纹理坐标必须在[0,1]之间才有像素值，否则是没有像素数据的。

如此这样，我们看到了仅仅要我们正确给出mat4 vTextureMat就能得到我们想要的一切。这个矩阵从哪里来，直接uniform传过来，或是顶点着色器varying过来都是能够的。

就像变换顶点一样，我们能够在client计算正确的mat4以后当纹理坐标移动，旋转，缩放。记住，这个mat4应该是和顶点变换的mvpMatrix是2个不同的矩阵。一个是为了变换顶点，一个是为了变换纹理坐标。顶点矩阵是model view projection的合体。 纹理坐标能够没有那么麻烦一个model就能够了。能够在顶点着色器计算这个矩阵，也能够在client算好传过来。

第五，怎样在一个大图上进行UV操作，让顶点纹理是大纹理的一个部分，这样就能够BatchDraw操作了。

在顶点图形UV映射的时候，我们经常会把UV映射到大纹理上面的区域，这样我们就能搞在一个绘制中，绘制多个不同的图形了。点精灵这里仅仅有一个顶点进行UV操作貌似没有门路。这就是问题的所在。

经过我的研究经过測试，进行UV是能够的，依旧是利用矩阵来进行变换。前提是，要首先理解gl_PointCoord真正的意义所在。texture2D对顶点纹理採样的时候，是00点到11点区域进行像素处理。gl_PointCoord的范围也是[0,1]之间。那假设採样的时候，我对gl_PointCoord * vec2(0.5)进行计算会怎样呢。这样就把纹理坐标映射到了[0, 0.5]之间。原来每一个gl_PointCoord坐标都乘以了0.5 结果就是纹理被放大了。同理，gl_PointCoord * vec2(2.0)就会缩小纹理。

进行UV基本思路就是，把大纹理上的须要的小纹理的区域中心点，通过矩阵移动到点精灵的中心点，以后在放大区域的倍数。就会得到设置gl_PointSize大小的区域纹理，当然我们会把gl_PointSize设置的和区域纹理一样大小。这样UV的操作事实上变成了矩阵的变换计算，移动，缩放就能够完毕UV了。

这样做的话，UV操作用掉了矩阵缩放，点精灵的自己的缩放就要通过gl_PointSize来设置大小。另一个问题，就是在一次性进行多个点精灵绘制的时候。针对每一个点精灵都会有自己的UV坐标点，那么纹理旋转矩阵开怎样是好呢，难道每一个点精灵上传一个mat4矩阵么，这种数据量太大尽管可行。我们事实上另一个选择在顶点着色器进行自己运算。

由于每一个点精灵仅仅有一个顶点，顶点着色器脚本智慧执行一次，所以在这里进行矩阵运算不会反复执行。那么旋转，缩放，平移，可能都须要去写着色器函数去实现。事实上就是把cpu的计算移到显卡，我认为速度应该更快。

最后， 点精灵有自己的局限也有效率上的优势，在研究过程中我发现点精灵能够完毕square图形全部的操作。仅仅是着色器会写的复杂一些。当中的取舍，使用的必要性，须要详细的情况去考量。