十、OpenGL 纹理相关API

图片在屏幕上的显示，最终都是解码成位图，然后进行显示的。
一个图形在帧缓存区中的存储空间，可以根据如下公式计算，

图像存储空间 = 图像的高度 * 图像宽度 * 每个像素的字节数

纹理是一种图形数据，主要用于在屏幕上包装不同的物体，就像新房装修，需要贴不同的墙纸，此时的墙纸就是我们所说的纹理。

• 在OpenGL中，纹理一般是TGA文件
• 在实际的iOS开发中，我们一般不使用OpenGL，而是使用OpenGL ES，从而可以直接使用png、jpg的压缩图片来作为纹理数据，最终都会在底层被解码成位图，作为纹理来进行处理。

下面介绍下纹理中常用的API

纹理常用API

纹理的使用主要有以下三个步骤

• 读取文件
• 载入纹理
• 生成纹理对象，设置纹理相关参数

读取文件

• 读取文件API

//参数1:x,矩形左下⻆的窗⼝坐标
//参数2:y,矩形左下⻆的窗⼝口坐标
//参数3:width,矩形的宽，以像素为单位 
//参数4:height,矩形的⾼，以像素为单位
//参数5:format,OpenGL 的像素格式
//参数6:type,解释参数pixels指向的数据，告诉OpenGL 使⽤缓存区中的什么 数据类型来存储颜⾊分量，像素数据的数据类型
//参数7:pixels,指向图形数据的指针
void glReadPixels(GLint x,GLint y,GLSizei width,GLSizei
height, GLenum format, GLenum type,const void * pixels);

glReadBuffer(mode);—> 指定读取的缓存 
glWriteBuffer(mode);—> 指定写⼊入的缓存

像素格式、像素数据类型参见下方表格内容

载入纹理

常用的一般是glTexImage2D，因为屏幕上的图形时2D的。

//target:指定纹理应用的纹理模式,一般为 GL_TEXTURE_2D
    //`GL_TEXTURE_1D`
    //`GL_TEXTURE_2D`
    //`GL_TEXTURE_3D`
//Level:指定所加载的mip贴图层次。⼀般我们都把这个参数设置为0。
//internalformat:每个纹理单元中存储多少颜色成分。
//width、height、depth参数:指加载纹理的宽度、⾼度、深度。==注意!==这些值必须是 2的整次⽅。(这是因为OpenGL 旧版本上的遗留下的⼀个要求。当然现在已经可以支持不是 2的整数次方。但是开发者们还是习惯使⽤以2的整数次⽅去设置这些参数。)
//border参数:允许为纹理贴图指定⼀个边界宽度，如果不指定，可以直接写0。
//format参数:OpenGL 的像素格式
//type参数:解释参数pixels指向的数据，告诉OpenGL 使⽤缓存区中的什么 数据类型来存储颜⾊分量，像素数据的数据类型
//pixels参数:指向图形数据的指针

void glTexImage1D(GLenum target,GLint level,GLint internalformat,GLsizei width,GLint border,GLenum format,GLenum type,void *data);
     
void glTexImage2D(GLenum target,GLint level,GLint internalformat,GLsizei width,GLsizei height,GLint border,GLenum format,GLenum type,void * data);
     
void glTexImage3D(GLenum target,GLint level,GLint internalformat,GLSizei width,GLsizei height,GLsizei depth,GLint border,GLenum format,GLenum type,void *data);

生成纹理，设置纹理相关参数

生成纹理

纹理的生成主要包括两步
- 分配纹理对象glGenTextures，简记为 gen
- 绑定纹理状态glBindTexture，简记为 bind

//使⽤用函数分配纹理理对象
//指定纹理理对象的数量量 和 指针(指针指向⼀一个⽆无符号整形数组，由纹理理对象标识符填充)。 
void glGenTextures(GLsizei n,GLuint * textTures);

//绑定纹理理状态 //参数target:GL_TEXTURE_1D、GL_TEXTURE_2D、GL_TEXTURE_3D
//参数texture:需要绑定的纹理理对象
void glBindTexture(GLenum target,GLunit texture);

设置纹理参数

主要是设置纹理的缩小/放大的过滤方式、x/y轴上的环绕方式，这些参数的设置都是通过下列方法进行设置,可以理解为ios中 NSAttribute 对富文本参数的设置，都是通过指定参数，并设置对应的值

//参数1:target,指定这些参数将要应⽤用在那个纹理理模式上，⽐比如GL_TEXTURE_1D、GL_TEXTURE_2D、GL_TEXTURE_3D。 
//参数2:pname,指定需要设置那个纹理理参数
//参数3:param,设定特定的纹理理参数的值
glTexParameterf(GLenum target,GLenum pname,GLFloat param);
glTexParameteri(GLenum target,GLenum pname,GLint param);
glTexParameterfv(GLenum target,GLenum pname,GLFloat *param);
glTexParameteriv(GLenum target,GLenum pname,GLint *param);

• 过滤方式
  常用的过滤方式有两种：；邻近过滤、线性过滤

==> 邻近过滤（GL_NEAREST）：根据字面意思就是选择离当前位置最近的颜色

邻近过滤图示

==> 线性过滤（GL_LINEAR）：所有颜色综合后的颜色，类似于颜色混合

线性过滤图示

==> 建议：纹理缩小时，使用邻近过滤，纹理放大时，使用线性过滤

glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D,GL_TEXTURE_MAG_FILTER,GL_NEAREST); 
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D,GL_TEXTURE_MIN_FILTER,GL_NEAREST);

glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D,GL_TEXTURE_MAG_FILTER,GL_LINEAR); 
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D,GL_TEXTURE_MIN_FILTER,GL_LINEAR);

• 环绕方式
  环绕方式是指当纹理坐标超出默认范围时，边缘的显示形式
  环绕方式的设置主要是针对x、y轴设置的，而在纹理的描述中使用并不是x，y，而是 s，t
  注意：纹理中的 s, t, r, q 对应坐标系中的 x, y, z, w

//参数1: 纹理应用的维度，一般设置的都是 GL_TEXTURE_2D
    // GL_TEXTURE_1D：一维
    // GL_TEXTURE_2D: 二维
    // GL_TEXTURE_3D: 三维 
//参数2: 纹理坐标，一般设置s，t即可
    // GL_TEXTURE_WRAP_S: 对应坐标系中的x轴
    // GL_TEXTURE_T: 对应坐标系中的y轴
    // GL_TEXTURE_R: 对应坐标系中的z轴
//参数3:纹理环绕方式
    // GL_REPEAT:OpenGL 在纹理坐标超过1.0的⽅方向上对纹理进行重复; 
    // GL_CLAMP:所需的纹理单元取⾃纹理边界或TEXTURE_BORDER_COLOR. 
    // GL_CLAMP_TO_EDGE环绕模式强制对范围之外的纹理坐标沿着合法的纹理单元的最后⼀行或者最后⼀列来进⾏采样。
    // GL_CLAMP_TO_BORDER:在纹理理坐标在0.0到1.0范围之外的只使⽤边界纹理单元。边界纹理单元是作为围绕基本图像的额外的行和列，并与基本纹理图像⼀一起加载的。
    
glTextParameteri(GL_TEXTURE_2D,GL_TEXTURE_WRAR_S,GL_CLAMP_TO_EDGE); glTextParameteri(GL_TEXTURE_2D,GL_TEXTURE_WRAR_T,GL_CLAMP_TO_EDGE);

纹理相关参考表格

纹理过滤方式

纹理的过滤方式-常量	说明
GL_NEAREST	在Mip基层上执行最邻近过滤
GL_LINEAR	在Mip基层执行线性过滤
GL_NEAREST_MIPMAP_NEAREST	在最邻近Mip层，并执行最邻近过滤
GL_NEAREST_MIPMAP_LINEAR	在MIP层之间执行线性插补，并执行最邻近过滤
GL_LINEAR_MIPMAP_NWAREST	选择最邻近的Mip层，并执行线性过滤
GL_LINEAR_MIPMAP_LINEAR	在Mip层之间执行线性插补，并执行线性过滤，又称三线性Mip贴图

纹理的环绕方式

环绕方式	说明
GL_REPEAT	对纹理的默认行为，重复纹理图像
GL_MIRRORED_REPEAT	和GL_REPEAT一样，但每次重复图片是镜像放置的
GL_CLAMP_TO_EDGE	纹理坐标会被约束到0和1之间，超出的部分会重复纹理坐标的边缘，产生一种边缘被拉伸的效果
GL_CLAMP_TO_BORDER	超出的坐标为用户指定的边缘颜色

4种环绕方式的效果如图所示

环绕方式图示

OpenGL像素格式
常用的GL_RGB、GL_RGBA等

常量	说明
GL_RGB	描述红、绿、蓝顺序排列的颜⾊
GL_RGBA	按照红、绿、蓝、Alpha顺序排列的颜⾊
GL_BGR	按照蓝、绿、红顺序排列颜⾊
GL_BGRA	按照蓝、绿、红、Alpha顺序排列颜⾊
GL_RED	每个像素只包含了⼀个红⾊分量
GL_GREEN	每个像素只包含了⼀个绿⾊分量
GL_BLUE	每个像素只包含了⼀个蓝⾊分量
GL_RG	每个像素依次包含了一个红色和绿色的分量
GL_RED_INTEGER	每个像素包含了一个整数形式的红⾊分量
GL_GREEN_INTEGER	每个像素包含了一个整数形式的绿色分量
GL_BLUE_INTEGER	每个像素包含了一个整数形式的蓝色分量
GL_RG_INTEGER	每个像素依次包含了一个整数形式的红⾊、绿⾊分量
GL_RGB_INTEGER	每个像素包含了一个整数形式的红⾊、蓝⾊、绿色分量
GL_RGBA_INTEGER	每个像素包含了一个整数形式的红⾊、蓝⾊、绿⾊、Alpah分量
GL_BGR_INTEGER	每个像素包含了一个整数形式的蓝⾊、绿⾊、红色分量
GL_BGRA_INTEGER	每个像素包含了一个整数形式的蓝⾊、绿⾊、红色、Alpah分量
GL_STENCIL_INDEX	每个像素只包含了一个模板值
GL_DEPTH_COMPONENT	每个像素只包含一个深度值
GL_DEPTH_STENCIL	每个像素包含一个深度值和一个模板值

OpenGL像素数据的书籍类型
常用的是GL_UNSIGNED_BYTE

常量	说明
GL_UNSIGNED_BYTE	每种颜色分量都是一个8位无符号整数
GL_BYTE	8位有符号整数
GL_UNSIGNED_SHORT	16位无符号整数
GL_SHORT	16位有符号整数
CL_UNSIGNED_INT	32位无符号整数
GL_INT	32位有符号整数
GL_FLOAT	单精度浮点数
GL_HALF_FLOAT	半精度浮点数
GL_UNSIGNED_BYTE_3_2_3	包装的RGB值
GL_UNSIGNED_BYTE_2_3_3_REV	包装的RGB值
GL_UNSIGNED_SHORT_5_6_5	包装的RGB值
GL_UNSIGNED_SHORT_5_6_5_REV	包装的RGB值
GL_UNSIGNED_SHORT_4_4_4_4	包装的RGB值
GL_UNSIGNED_SHORT_4_4_4_4_REV	包装的RGB值
GL_UNSIGNED_SHORT_5_5_5_1	包装的RGB值
GL_UNSIGNED_SHORT_1_5_5_5_REV	包装的RGB值
GL_UNSIGNED_INT_8_8_8_8	包装的RGB值
GL_UNSIGNED_INT_8_8_8_8_REV	包装的RGB值
GL_UNSIGNED_INT_10_10_10_2	包装的RGB值
GL_UNSIGNED_INT_2_10_10_10_REV	包装的RGB值
GL_UNSIGNED_INT_24_8	包装的RGB值
GL_UNSIGNED_INT_10F_11F_REV	包装的RGB值
GL_FLOAT_24_UNSIGNED_INT_24_8_REV	包装的RGB值

与纹理相关的其他API

改变/恢复像素存储方式

这个API用的很少，一般很少去改变OpenGL中像素的存储方式，主要都是使用默认的方式

API	说明
void glPixelStorei(GLenum pname,GLint param);	改变像素存储方式
void glPixelStoref(GLenum pname,GLfloat param);	恢复像素存储方式

• 参数1：OpenGL如何从数据缓存区解包图像数据，即 像素的存储方式
• 参数2：设置参数1中存储方式的具体排列方式 即 像素读取后的排列方式

例如：glPixelStorei(GL_UNPACK_ALIGNMENT,1);

• 参数1：GL_UNPACK_ALIGNMENT表示内存中每个像素行起点的排列请求，允许设置为以下值
  • 1：byte排列
  • 2：排列为偶数byte的行
  • 4：字word排列
  • 8：行从双字节边界开始
• 参数2：指定GL_UNPACK_ALIGNMENT设置的值

载入纹理其他API

更新纹理

参数的说明参考载入纹理API的参数说明

void glTexSubImage1D(GLenum target,GLint level,GLint xOffset,GLsizei width,GLenum format,GLenum type,const GLvoid *data);
    
void glTexSubImage2D(GLenum target,GLint level,GLint xOffset,GLint yOffset,GLsizei width,GLsizei height,GLenum format,GLenum type,const GLvoid *data);
    
void glTexSubImage3D(GLenum target,GLint level,GLint xOffset,GLint yOffset,GLint zOffset,GLsizei width,GLsizei height,GLsizei depth,Glenum type,const GLvoid * data);

插入替换纹理

参数的说明参考载入纹理API的参数说明

void glCopyTexSubImage1D(GLenum target,GLint level,GLint xoffset,GLint x,GLint y,GLsize width);

void glCopyTexSubImage2D(GLenum target,GLint level,GLint xoffset,GLint yOffset,GLint x,GLint y,GLsizei width,GLsizei height);
     
void glCopyTexSubImage3D(GLenum target,GLint level,GLint xoffset,GLint yOffset,GLint zOffset,GLint x,GLint y,GLsizei width,GLsizei height);

使用颜色缓冲区家在数据，形成新的纹理

• 函数中的x、y是在颜色缓存区中指定的开始读取纹理数据的位置
• 缓冲区中的数据是通过源缓冲区glReadBuffer设置的

void glCopyTexImage1D(GLenum target,GLint level,GLenum internalformt,GLint x,GLint y,GLsizei width,GLint border);
  
void glCopyTexImage2D(GLenum target,GLint level,GLenum internalformt,GLint x,GLint y,GLsizei width,GLsizei height,GLint border);

注： 不存在glCopyTexImage2D，主要是因为无法从3D颜色缓存区中获取体积数据

纹理对象其他API

删除绑定纹理、测试绑定纹理是否有效

//删除绑定纹理对象
//纹理对象 及 纹理对象指针(指针指向⼀一个⽆无符号整形数组，由纹理理对象标识符填充)。
void glDeleteTextures(GLsizei n,GLuint *textures); 

//测试纹理理对象是否有效
//如果texture是⼀个已经分配空间的纹理对象，那么这个函数会返回GL_TRUE,否则会返回GL_FALSE。 
GLboolean glIsTexture(GLuint texture);