OpenGL 基础纹理

作者: 江海寄余生12138 | 来源:发表于2021-05-30 21:22 被阅读0次

纹理坐标

纹理坐标范围0-1
纹理坐标表示方式（s,t,r）
二维纹理坐标如下图

image.png
三维纹理坐标

image.png
纹理映射

image.png

常用的函数

载入、读取、更新、替换纹理

/**
  *参数1：GL_UNPACK_ALIGNMENT 指定OpenGL 如何从数据缓存区中解包图像
  *参数2：GL_UNPACK_ALIGNMENT 指内存中每个像素⾏起点的排列请求，允许设置为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）
*/
//改变像素存储⽅式
void glPixelStorei(GLenum pname,GLint param);
//恢复像素存储⽅式
void glPixelStoref(GLenum pname,GLfloat param);
// 常设置为
glPixelStorei(GL_UNPACK_ALIGNMENT,1);
//------------------------------------------------------
//从颜⾊缓存区内容作为像素图直接读取
//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，参考 表6-1
//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，参考 表6-2
//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);
//---------------------------------------------------------
// 载⼊纹理
// target:`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的整数次⽅。（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。
// format、type、data参数：与我们在讲glDrawPixels 函数对于的参数相同
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);
// -----------------------------------------------------
// 更新纹理
void glTexSubImage1D(GLenum target,GLint level,GLintxOffset,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);
// ------------------------------------------------------
// 替换纹理
void glCopyTexSubImage1D(GLenum target,GLint level,GLint xoffset,GLint x,GLint y,GLsizei 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);
// ------------------------------------------------------
// 使⽤颜⾊缓存区加载数据,形成新的纹理使⽤
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);
// x,y 在颜⾊缓存区中指定了开始读取纹理数据的位置；缓存区⾥的数据，是源缓存区通过glReadBuffer设置的。
// 不存在glCopyTextImage3D ，因为我们⽆法从2D 颜⾊缓存区中获取体积数据。

纹理对象

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

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

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

//测试纹理对象是否有效
//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);

设置纹理参数

//参数1:target,指定这些参数将要应⽤在那个纹理模式上，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参数
//参数3:param,设定特定的纹理参数的值
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);

设置过滤⽅式

image.png

// 一般情况纹理缩⼩时,使⽤邻近过滤，纹理放⼤时,使⽤线性过滤
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D,GL_TEXTURE_MIN_FILTER,GL_NEAREST) 
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D,GL_TEXTURE_MAG_FILTER,GL_LINEAR)

设置环绕方式

image.png

//参数2：GL_TEXTURE_WRAP_S、GL_TEXTURE_T、GL_TEXTURE_R,针对s,t,r坐标
//参数3：GL_REPEAT、GL_CLAMP、GL_CLAMP_TO_EDGE、GL_CLAMP_TO_BORDER
//GL_REPEAT:OpenGL 在纹理坐标超过1.0的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);

Mip贴图

是一种功能强大的纹理技巧，它不仅可以提高渲染性能，还能提高场景质量
由一些列纹理图像组成，每个图像大小在某个轴的方向上都缩小一半，或者是原来图像像素总数的四分之一

image.png

mipmap有多少个层级是有glTexImage1D、glTexImage2D载入纹理的第二个参数level决定的。层级从0开始，0，1，2，3这样递增，如果没有使用mipmap技术，只有第0层的纹理会被加载。在默认情况下，为了使用mipmap，所有层级都会被加载，但是我们可以用纹理参数来控制要加载的层级范围

//GL_TEXTURE_BASE_LEVEL设置mip贴图基层level
//GL_TEXTURE_MAX_LEVEL设置mip贴图最⼤层level
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_BASE_LEVEL, 0); 
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MAX_LEVEL, 0);

Mip贴图的纹理过滤

image.png

纹理压缩

压缩格式

image.png
压缩

//判断纹理是否被成功压缩
GLint comFlag;
glGetTexLevelParameteriv(GL_TEXTURE_2D,0,GL_TEXTURE_COMPRESSED,&comFlag);
//根据选择的压缩纹理格式，选择最快、最优、⾃⾏选择的算法⽅式选择压缩格式。
glHint(GL_TEXTURE_COMPRESSION_HINT,GL_FASTEST);
glHint(GL_TEXTURE_COMPRESSION_HINT,GL_NICEST);
glHint(GL_TEXTURE_COMPRESSION_HINT,GL_DONT_CARE);

加载压缩纹理

// target:`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
//border参数:允许为纹理贴图指定⼀个边界宽度。
//format、type、data参数：与我们在讲glDrawPixels 函数对于的参数相同
void glCompressedTexImage1D(GLenum target,GLint level,GLenum internalFormat,GLsizei width,GLint border,GLsizei imageSize,void *data);
void glCompressedTexImage2D(GLenum target,GLint level,GLenum internalFormat,GLsizei width,GLint heigth,GLint border,GLsizei imageSize,void *data);
void glCompressedTexImage3D(GLenum target,GLint level,GLenum internalFormat,GLsizei width,GLsizei heigth,GLsizei depth,GLint border,GLsizei imageSize,void *data);

纹理使用案例

加载纹理

void SetupRC() {
    glClearColor(0.7f, 0.7f, 0.7f, 1.0f );
    
    shaderManager.InitializeStockShaders();
    
    glEnable(GL_DEPTH_TEST);
    
    //分配纹理对象 参数1:纹理对象个数，参数2:纹理对象指针
    glGenTextures(1, &textureID);
    //绑定纹理状态 参数1：纹理状态2D 参数2：纹理对象
    glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, textureID);
    //将TGA文件加载为2D纹理。
    //参数1：纹理文件名称
    //参数2&参数3：需要缩小&放大的过滤器
    //参数4：纹理坐标环绕模式
    LoadTGATexture("stone.tga", GL_LINEAR_MIPMAP_NEAREST, GL_LINEAR, GL_CLAMP_TO_EDGE);
    
    //创造金字塔pyramidBatch
    MakePyramid(pyramidBatch);
    
    /**相机frame MoveForward(平移)
    参数1：Z，深度（屏幕到图形的Z轴距离）
     */
    cameraFrame.MoveForward(-10);
}

// 将TGA文件加载为2D纹理。
bool LoadTGATexture(const char *szFileName, GLenum minFilter, GLenum magFilter, GLenum wrapMode) {
    GLbyte *pBits;
    int nWidth, nHeight, nComponents;
    GLenum eFormat;
    
    //1、读纹理位，读取像素
    //参数1：纹理文件名称
    //参数2：文件宽度地址
    //参数3：文件高度地址
    //参数4：文件组件地址
    //参数5：文件格式地址
    //返回值：pBits,指向图像数据的指针
    
    pBits = gltReadTGABits(szFileName, &nWidth, &nHeight, &nComponents, &eFormat);
    if(pBits == NULL)
        return false;
    
    //2、设置纹理参数
    //参数1：纹理维度
    //参数2：为S/T坐标设置模式
    //参数3：wrapMode,环绕模式
    glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_S, wrapMode);
    glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_T, wrapMode);
    
    //参数1：纹理维度
    //参数2：线性过滤
    //参数3：wrapMode,环绕模式
    glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, minFilter);
    glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MAG_FILTER, magFilter);
    
    //3、精密包装像素数据
    //参数1：GL_UNPACK_ALIGNMENT,指定OpenGL如何从数据缓存区中解包图像数据
    //参数2:针对GL_UNPACK_ALIGNMENT 设置的值
    glPixelStorei(GL_UNPACK_ALIGNMENT, 1);
    
    //载入纹理
    //参数1：纹理维度
    //参数2：mip贴图层次
    //参数3：纹理单元存储的颜色成分（从读取像素图是获得）
    //参数4：加载纹理宽
    //参数5：加载纹理高
    //参数6：加载纹理的深度
    //参数7：像素数据的数据类型（GL_UNSIGNED_BYTE，每个颜色分量都是一个8位无符号整数）
    //参数8：指向纹理图像数据的指针
    
    glTexImage2D(GL_TEXTURE_2D, 0, nComponents, nWidth, nHeight, 0,
                 eFormat, GL_UNSIGNED_BYTE, pBits);
    
    //使用完毕释放pBits
    free(pBits);
    
    
    //只有minFilter 等于以下四种模式，才可以生成Mip贴图
    //GL_NEAREST_MIPMAP_NEAREST具有非常好的性能，并且闪烁现象非常弱
    //GL_LINEAR_MIPMAP_NEAREST常常用于对游戏进行加速，它使用了高质量的线性过滤器
    //GL_LINEAR_MIPMAP_LINEAR 和GL_NEAREST_MIPMAP_LINEAR 过滤器在Mip层之间执行了一些额外的插值，以消除他们之间的过滤痕迹。
    //GL_LINEAR_MIPMAP_LINEAR 三线性Mip贴图。纹理过滤的黄金准则，具有最高的精度。
    if(minFilter == GL_LINEAR_MIPMAP_LINEAR ||
       minFilter == GL_LINEAR_MIPMAP_NEAREST ||
       minFilter == GL_NEAREST_MIPMAP_LINEAR ||
       minFilter == GL_NEAREST_MIPMAP_NEAREST)
        
        //加载Mip,纹理生成所有的Mip层
        //参数：GL_TEXTURE_1D、GL_TEXTURE_2D、GL_TEXTURE_3D
        glGenerateMipmap(GL_TEXTURE_2D);
    
    return true;
}

纹理使用

//绘制金字塔
void MakePyramid(GLBatch& pyramidBatch) {
    /*1、通过pyramidBatch组建三角形批次
      参数1：类型
      参数2：顶点数
      参数3：这个批次中将会应用1个纹理
      注意：如果不写这个参数，默认为0。
     */
    pyramidBatch.Begin(GL_TRIANGLES, 18, 1);
    
    //金字塔底部
    //底部的四边形 = 三角形X + 三角形Y
    //三角形X
    
    /*设置法线
     Normal3f：添加一个表面法线（法线坐标 与 Vertex顶点坐标中的Y轴一致）
     表面法线是有方向的向量，代表表面或者顶点面对的方向（相反的方向）。在多数的关照模式下是必须使用。后面的课程会详细来讲法线的应用
     */
    pyramidBatch.Normal3f(0.0f, -1.0f, 0.0f);
    /**设置纹理坐标
     MultiTexCoord2f(GLuint texture,GLclampf s,GLclamp t);
     参数1：texture，纹理层次，对于使用存储着色器来进行渲染，设置为0
     参数2：(s,t,r,q对应顶点坐标的x,y,z,w)s：对应顶点坐标中的x坐标
     参数3：t:对应顶点坐标中的y
     */
    pyramidBatch.MultiTexCoord2f(0, 0.0f, 0.0f);
    //vBlackLeft点
    pyramidBatch.Vertex3f(-1.0f, -1.0f, -1.0f);
   
    
    pyramidBatch.Normal3f(0.0f, -1.0f, 0.0f);
    pyramidBatch.MultiTexCoord2f(0, 1.0f, 0.0f);
    //vBlackRight点
    pyramidBatch.Vertex3f(1.0f, -1.0f, -1.0f);
    
    pyramidBatch.Normal3f(0.0f, -1.0f, 0.0f);
    pyramidBatch.MultiTexCoord2f(0, 1.0f, 1.0f);
    //vFrontRight点
    pyramidBatch.Vertex3f(1.0f, -1.0f, 1.0f);
    
    
    //三角形B
    pyramidBatch.Normal3f(0.0f, -1.0f, 0.0f);
    pyramidBatch.MultiTexCoord2f(0, 0.0f, 1.0f);
    pyramidBatch.Vertex3f(-1.0f, -1.0f, 1.0f);
    
    pyramidBatch.Normal3f(0.0f, -1.0f, 0.0f);
    pyramidBatch.MultiTexCoord2f(0, 0.0f, 0.0f);
    pyramidBatch.Vertex3f(-1.0f, -1.0f, -1.0f);
    
    pyramidBatch.Normal3f(0.0f, -1.0f, 0.0f);
    pyramidBatch.MultiTexCoord2f(0, 1.0f, 1.0f);
    pyramidBatch.Vertex3f(1.0f, -1.0f, 1.0f);
    
    //塔顶
    M3DVector3f vApex = { 0.0f, 1.0f, 0.0f };
    M3DVector3f vFrontLeft = { -1.0f, -1.0f, 1.0f };
    M3DVector3f vFrontRight = { 1.0f, -1.0f, 1.0f };
    M3DVector3f vBackLeft = { -1.0f, -1.0f, -1.0f };
    M3DVector3f vBackRight = { 1.0f, -1.0f, -1.0f };
    M3DVector3f n;
    
    
    // 金字塔前面
    //三角形：（Apex，vFrontLeft，vFrontRight）
    //纹理坐标设置，参考PPT图6-4图
    /** 获取从三点找到一个法线坐标(三点确定一个面)
     void m3dFindNormal(result,point1, point2,point3);
     参数1：结果
     参数2-4：3个顶点数据
     */
    m3dFindNormal(n, vApex, vFrontLeft, vFrontRight);
    pyramidBatch.Normal3fv(n);
    pyramidBatch.MultiTexCoord2f(0, 0.5f, 1.0f);
    pyramidBatch.Vertex3fv(vApex);
    
    pyramidBatch.Normal3fv(n);
    pyramidBatch.MultiTexCoord2f(0, 0.0f, 0.0f);
    pyramidBatch.Vertex3fv(vFrontLeft);

    pyramidBatch.Normal3fv(n);
    pyramidBatch.MultiTexCoord2f(0, 1.0f, 0.0f);
    pyramidBatch.Vertex3fv(vFrontRight);
    
    //金字塔左边
    //三角形：（vApex, vBackLeft, vFrontLeft）
    m3dFindNormal(n, vApex, vBackLeft, vFrontLeft);
    pyramidBatch.Normal3fv(n);
    pyramidBatch.MultiTexCoord2f(0, 0.5f, 1.0f);
    pyramidBatch.Vertex3fv(vApex);
    
    pyramidBatch.Normal3fv(n);
    pyramidBatch.MultiTexCoord2f(0, 1.0f, 0.0f);
    pyramidBatch.Vertex3fv(vBackLeft);
    
    pyramidBatch.Normal3fv(n);
    pyramidBatch.MultiTexCoord2f(0, 0.0f, 0.0f);
    pyramidBatch.Vertex3fv(vFrontLeft);
    
    //金字塔右边
    //三角形：（vApex, vFrontRight, vBackRight）
    m3dFindNormal(n, vApex, vFrontRight, vBackRight);
    pyramidBatch.Normal3fv(n);
    pyramidBatch.MultiTexCoord2f(0, 0.5f, 1.0f);
    pyramidBatch.Vertex3fv(vApex);
    
    pyramidBatch.Normal3fv(n);
    pyramidBatch.MultiTexCoord2f(0, 1.0f, 0.0f);
    pyramidBatch.Vertex3fv(vFrontRight);
    
    pyramidBatch.Normal3fv(n);
    pyramidBatch.MultiTexCoord2f(0, 0.0f, 0.0f);
    pyramidBatch.Vertex3fv(vBackRight);
    
    //金字塔后边
    //三角形：（vApex, vBackRight, vBackLeft）
    m3dFindNormal(n, vApex, vBackRight, vBackLeft);
    pyramidBatch.Normal3fv(n);
    pyramidBatch.MultiTexCoord2f(0, 0.5f, 1.0f);
    pyramidBatch.Vertex3fv(vApex);
    
    pyramidBatch.Normal3fv(n);
    pyramidBatch.MultiTexCoord2f(0, 0.0f, 0.0f);
    pyramidBatch.Vertex3fv(vBackRight);
    
    pyramidBatch.Normal3fv(n);
    pyramidBatch.MultiTexCoord2f(0, 1.0f, 0.0f);
    pyramidBatch.Vertex3fv(vBackLeft);
    
    //结束批次设置
    pyramidBatch.End();
}

void RenderScene(void) {
    //颜色值
    static GLfloat vLightPos [] = { 1.0f, 1.0f, 0.0f };
    static GLfloat vWhite [] = { 1.0f, 1.0f, 1.0f, 1.0f };
    
    //清理缓存区
    glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT | GL_STENCIL_BUFFER_BIT);
    
    //当前模型视图压栈
    modelViewMatrix.PushMatrix();
    //添加照相机矩阵
    M3DMatrix44f mCamera;
    //从camraFrame中获取一个4*4的矩阵
    cameraFrame.GetCameraMatrix(mCamera);
    //矩阵乘以矩阵堆栈顶部矩阵，相乘结果存储到堆栈的顶部 将照相机矩阵 与 当前模型矩阵相乘 压入栈顶
    modelViewMatrix.MultMatrix(mCamera);
    
    //创建mObjectFrame矩阵
    M3DMatrix44f mObjectFrame;
    //从objectFrame中获取矩阵，objectFrame保存的是特殊键位的变换矩阵
    objectFrame.GetMatrix(mObjectFrame);
    //矩阵乘以矩阵堆栈顶部矩阵，相乘结果存储到堆栈的顶部 将世界变换矩阵 与 当前模型矩阵相乘 压入栈顶
    modelViewMatrix.MultMatrix(mObjectFrame);
    
    //绑定纹理，因为我们的项目中只有一个纹理。如果有多个纹理。绑定纹理很重要
    glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, textureID);
    
    /**点光源着色器
     参数1：GLT_SHADER_TEXTURE_POINT_LIGHT_DIFF（着色器标签）
     参数2：模型视图矩阵
     参数3：投影矩阵
     参数4：视点坐标系中的光源位置
     参数5：基本漫反射颜色
     参数6：图形颜色（用纹理就不需要设置颜色。设置为0）
     */
    shaderManager.UseStockShader(GLT_SHADER_TEXTURE_POINT_LIGHT_DIFF,
                                 transformPipeline.GetModelViewMatrix(),
                                 transformPipeline.GetProjectionMatrix(),
                                 vLightPos, vWhite, 0);
    
    //pyramidBatch 绘制
    pyramidBatch.Draw();
    
    //模型视图出栈，恢复矩阵（push一次就要pop一次）
    modelViewMatrix.PopMatrix();
    
    //交换缓存区
    glutSwapBuffers();
}

删除纹理

// 清理…例如删除纹理对象
void ShutdownRC(void) {
    glDeleteTextures(1, &textureID);
}

(本文为学习笔记，资料来自CC老师)

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