Ptex源码学习笔记-1

Posted 2020-08-14

　　Ptex是Walt Disney Animation Studios开发的纹理映射工具。在看一个叫appleseed的渲染器时看到他支持这种纹理，所以就查看一下，发现比较轻量，所以就想趁此机会学习下。

　　Ptex开源代码主要包含该格式的定义、IO、缓存和一些常见filter。头文件Ptexture.h定义了纹理的数据结构和所有操作的API，类定义都是抽象类，ctor和dtor都不是public，生成对象需要通过其他接口来获取实例，或者调用静态函数进行操作，释放对象不能直接调用dtor，统一由release函数delete或返回缓存，大多数对象可以跨线程共用，所以需要ref count，release时大多只是减ref。另外定义了一个用来管理对象的指针类PtexPtr，可以封装所有对象，并在超出作用域后自动release。

 

主要数据结构：

1. struct Res，定义纹理的分辨率，按像素的log2存储，长度为8位int，其ctor可以用16位int作为参数，分高低8位储存uv，最小单元（texel）分辨率为1*1（ulog2 = vlog2 = 0），支持tile划分。
2. FaceInfo，定义面信息，主要包括面的分辨率、相邻面和相邻边（对应相邻面的边ID），相邻面为32位int数组，一个面有4个相邻面，-1表示该相邻面为空，相邻边为8位uint，每个长度为2位，合并为8位保存，相邻面的遍历按边的ID从底部逆时针进行，边的左右顶底在该头文件的enum定义中（三角形没定义），如果相邻面是细分面（有多个面在当前面的同一边），则以逆时针遍历第一个遇到的面为整个相邻面的ID。

 

读取header信息：

　　纹理信息保存在PtexTexture对象中，该对象不能由自己生成，只能通过静态open函数（PtextReader）或PtexCache接口生成。首先，锁mutex，将ptex文件以二进制形式打开（不转译回车和换行字符）并设置buffer，然后读取header，保存有各种校验信息和大小数目参数，以此对读取的文件进行校验，然后读取extended header，header中可以定义extended header的大小，struct ExtHeader的大小为40字节，所以在读取时应该以最小的为准，然后计算各个数据的起始位置，调用读取函数，包括：

1. 读取面信息。读取过程分三步，首先从压缩的文件中读取FaceInfo，每次读取header中定义的faceinfosize或着16384字节（faceinfosize > BlockSize）为一个block，然后生成rfaceid（先按面在内存中的储存顺序分配id，然后以面的uv分辨率最小的那个作为依据降序排列面的顺序，该顺序就是rfaceid，面为常量则分辨率当作1），并建立rfaceid和faceid的映射关系，最后更新已使用的内存数。
2. 读取面的常量像素值。读取过程分三步，第一和三步同上，第二步为alpha通道的预乘处理，先判断alpha通道的位置来确定需要预乘的通道，然后根据不同的像素存储类型归一化alpha值，最后将归一化的alpha值与需要预乘的通道的像素值相乘。
3. 读取层次信息。读取过程分三步，第一和三步同上，第二步为层次定位，依次储存每一层次的开始位置。
4. 读取编辑数据。读取过程分三步，首先确定编辑位置，然后根据编辑的类型读取，分为面数据和元数据两类，先读取对应的编辑header，然后保存编辑内容，编辑面数据还需要读取面的常数像素值，最后更新内存使用记录。

 

获取纹理数据：

　　大部分数据可以通过简单返回获得，下面主要看几个比较复杂的数据：

1. 获取元数据。元数据分meta data和large meta data两类，其大小分别定义在header和extheader中。两者的获取类似，都是建立kv映射，key为string表示名字，value为entry存储元数据，entry内保存了数据位置作为key，直接从内存将所需数据拷贝到指定位置，区别在于lmd的entry没有保存解压后的数据，而是数据的位置，只有在载入并引用后才能访问，有一个flag标识lmd。
2. 获取一个面的纹理数据。有四种获取方式，获取最高分辨率的纹理、获取指定分辨率的纹理、获取硬盘上保存的最高分辨率的纹理、获取硬盘上保存的指定分辨率的纹理。前两种是把数据拷贝到指定buffer里，后两种是返回facedata的指针，在获取指定分辨率的纹理时，如果mipmap有对应的分辨率就直接从mipmap获取，否则就用最近的分辨率生存新的纹理。第一种：首先获取面的分辨率，然后调用第二种函数。第二种：使用PtexPtr管理对象，调用第四种函数获取facedata指针，如果是常数，则直接用该像素充填buffer；如果不是常数且分tile，则按tile（v major遍历）充填buffer，如果tile为常数，则直接用该像素充填tile的第一行，然后用第一行充填其他行，如果tile不是常数，则根据stride大小决定拷贝方式，如果stride等于行长度，则直接整体拷贝相应数据到tile，否则按行拷贝，如果不是常数且不分tile，则根据stride大小决定拷贝方式。第三种：获取level 0后根据level获取facedata，如果level没有被读取过，则初始化level，如果face没有和level建立关系，则根据face data header的编码方式初始化指定facedata并保存。第四种：主要处理mipmap，如果设置的分辨率不需要reduction则直接获取level 0的facedata，如果是对称reduction，则用u方向的reduction作为levelid直接查找facedata，如果不能查到，则需要动态reduction，首先在cache里查，如果没有则生存新的reduction，根据reduction的方向（u或v）来reduce，生存后存入reduction cache并返回facedata。
3. 获取一个面的纹理的一个texel数据。有两种获取方式，获取最高分辨率纹理的texel、获取指定分辨率纹理的texel。两种方式基本类似，首先获取实际通道数，然后获取facedata，然后就可以得到像素值，然后根据第一通道位置来设置像素保存的偏移量，最后保存，如果像素值不是float，则转成float保存。二者的区别在获取facedata，第二种需要根据reduction来确定mipmap的level获取相应facedata。