05 · Framebuffers 帧缓冲

Framebuffers 帧缓冲

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在管线哪里

... → Fragment Shader → Depth / Stencil / Blending → 当前绑定的 Framebuffer attachments

这里要修正一个常见心智模型：Framebuffer 更像“这一遍渲染要写到哪里”，而不是一个像 Fragment Shader 那样的计算阶段。 默认情况下我们写进窗口系统提供的默认 framebuffer；绑定自己的 FBO 后，同样的绘制命令会改写你挂在它上面的 color / depth / stencil attachments。

FBO 本身更像“附件集合与状态对象”，真正保存像素的是附件：

Framebuffer Object
├─ GL_COLOR_ATTACHMENT0        → Texture
└─ GL_DEPTH_STENCIL_ATTACHMENT → Renderbuffer

核心代码

unsigned int framebuffer;
glGenFramebuffers(1, &framebuffer);
glBindFramebuffer(GL_FRAMEBUFFER, framebuffer);
 
// color attachment：之后要采样，所以用 texture
glFramebufferTexture2D(
    GL_FRAMEBUFFER,
    GL_COLOR_ATTACHMENT0,
    GL_TEXTURE_2D,
    textureColorbuffer,
    0
);
 
// depth/stencil：这里只做测试，不采样，所以用 renderbuffer
glFramebufferRenderbuffer(
    GL_FRAMEBUFFER,
    GL_DEPTH_STENCIL_ATTACHMENT,
    GL_RENDERBUFFER,
    rbo
);
 
if (glCheckFramebufferStatus(GL_FRAMEBUFFER) != GL_FRAMEBUFFER_COMPLETE)
    // debug attachments
 
// 0 = 默认 framebuffer
glBindFramebuffer(GL_FRAMEBUFFER, 0);

最实用的选择规则：之后要在 shader 里采样 → texture attachment；只需要拿来做 depth/stencil test → renderbuffer 通常更合适。

两遍渲染是这一节的核心

// Pass 1：场景 → 自定义 FBO 的 color texture
glBindFramebuffer(GL_FRAMEBUFFER, framebuffer);
glEnable(GL_DEPTH_TEST);
DrawScene();
 
// Pass 2：color texture → 默认 framebuffer
glBindFramebuffer(GL_FRAMEBUFFER, 0);
glDisable(GL_DEPTH_TEST);
glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, textureColorbuffer);
DrawFullscreenQuad();

第一遍结束之后，“整张已经渲染好的场景”变成了一张纹理。第二遍 fragment shader 因此可以对最终图像逐像素做反相、灰度、锐化、模糊、边缘检测等后期处理。

Interactive Lab

🎮 打开 Framebuffer Lab · 官方 container / metal 场景

推荐先切换 None → Inversion，确认“场景已经变成一张可采样纹理”；再关闭 Depth/Stencil Attachment，看 off-screen pass 的深度关系如何出错；最后把 color attachment 分辨率改成 0.25×，观察为什么附件尺寸变化后 glViewport 也必须跟着改。

这节最容易踩的坑

• 绑定了 custom FBO 后忘了 glBindFramebuffer(GL_FRAMEBUFFER, 0)，结果窗口里什么都没有。
• 自定义 FBO 没有 depth attachment，却以为 GL_DEPTH_TEST 会自动借用默认 framebuffer 的深度缓冲；每个 framebuffer 有自己的一套 attachments。
• FBO texture 尺寸和 viewport 不一致，导致只渲染到附件的一部分或比例不对。
• 窗口 resize 后只改了 glViewport，却忘了重建/resize framebuffer attachments。
• 忘记 glCheckFramebufferStatus，导致附件配置错误时只能对着黑屏猜。

往外长的知识

Framebuffer 是后面很多技术的共同基础：Shadow Map、Mirror / Portal、Picking、HDR、Bloom、Ping-Pong Blur、Deferred Rendering / G-Buffer、SSAO、MSAA resolve、各种屏幕空间效果。

从这一节开始，可以把渲染理解成：不是“从顶点一路画到屏幕就结束”，而是可以把一遍渲染结果保存下来，作为下一遍渲染的输入。