纹理Mip贴图
Mip贴图是一种强大的纹理技巧,它不仅可以提高渲染性能,而且可以改善场景的显示质量.它使用标准纹理贴图处理两个常见的问题。
1.闪烁(Scintillation,锯齿假影)的效果.当屏幕上被渲染的表面与它所应用的纹理图像相比显得非常小时,就会出现这种效果。
2.加载大量的纹理内存对它进行过滤处理,但屏幕上实际显示的只是很少的一部分片段.纹理越大,这个问题所造成的性能影响。
以上解决方案就是使用Mip贴图。Mip纹理图像是由一系列纹理图像组成,每个图像大小在每个轴的方向上都缩小一半,或者是原来图像像素总和的四分之一。
设置纹理Mip贴图的参数
image1.png
当我们从一个倾斜角去观察一个几何图形,和之前观察方向和观察点垂直相比,对周围的纹理单元进行常规采样会导致一些纹理信息丢失.
更为逼真的和准确地采样应该是沿着包含纹理的平面方向进行延伸,使用各向异性过滤进行处理。
image2.png
/**配置纹理参数 glTexParameteri glTexParameterf
参数1：纹理模式
参数2：纹理参数
参数3：特定纹理参数
*/
switch(value)
{
case 0:
//GL_TEXTURE_2D,GL_TEXTURE_MIN_FILTER(缩小过滤器)，GL_NEAREST（最邻近过滤）
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_NEAREST);
break;
case 1:
//GL_TEXTURE_2D,GL_TEXTURE_MIN_FILTER(缩小过滤器)，GL_LINEAR（线性过滤）
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_LINEAR);
break;
case 2:
//GL_TEXTURE_2D,GL_TEXTURE_MIN_FILTER(缩小过滤器)，GL_NEAREST_MIPMAP_NEAREST（选择最邻近的Mip层，并执行最邻近过滤）
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_NEAREST_MIPMAP_NEAREST);
break;
case 3:
//GL_TEXTURE_2D,GL_TEXTURE_MIN_FILTER(缩小过滤器)，GL_NEAREST_MIPMAP_LINEAR（在Mip层之间执行线性插补，并执行最邻近过滤）
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_NEAREST_MIPMAP_LINEAR);
break;
case 4:
//GL_TEXTURE_2D,GL_TEXTURE_MIN_FILTER(缩小过滤器)，GL_NEAREST_MIPMAP_LINEAR（选择最邻近Mip层，并执行线性过滤）
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_LINEAR_MIPMAP_NEAREST);
break;
case 5:
//GL_TEXTURE_2D,GL_TEXTURE_MIN_FILTER(缩小过滤器)，GL_LINEAR_MIPMAP_LINEAR（在Mip层之间执行线性插补，并执行线性过滤，又称为三线性过滤）
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_LINEAR_MIPMAP_LINEAR);
break;
case 6:
//设置各向异性过滤
GLfloat fLargest;
//获取各向异性过滤的最大数量
glGetFloatv(GL_MAX_TEXTURE_MAX_ANISOTROPY_EXT, &fLargest);
//设置纹理参数(各向异性采样)
glTexParameterf(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MAX_ANISOTROPY_EXT, fLargest);
break;
case 7:
//设置各向同性过滤，数量为1.0表示(各向同性采样)
glTexParameterf(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MAX_ANISOTROPY_EXT, 1.0f);
break;
}
生成纹理Mip贴图
/**为纹理对象生成一组完整的mipmap glGenerateMipmap
参数1：纹理维度，GL_TEXTURE_1D,GL_TEXTURE_2D,GL_TEXTURE_2D
*/
glGenerateMipmap(GL_TEXTURE_2D);
纹理压缩
纹理压缩(Texture compression)是一种专为在三维计算机图形渲染系统中存储纹理而使用的图像压缩技术。与普通图像压缩算法的不同之处在于，纹理压缩算法为 纹素的随机存取做了优化。
为了利用OpenGL对压缩纹理的支持，纹理数据一开始并不需要进行压缩，我们可以在加载一幅纹理图像时请求OpenGL对它进行压缩。
设置纹理压缩的参数
通过 glTexImage2D 函数中把 internalFormat 参数进行设置
image3.png
/**载入纹理 glTexImage2D
参数1：纹理维度，GL_TEXTURE_2D
参数2：mip贴图层次
参数3：纹理单元存储的颜色成分（从读取像素图中获得）
参数4：加载纹理宽度
参数5：加载纹理的高度
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无符号整型
参数8：指向纹理图像数据的指针
*/
glTexImage2D(GL_TEXTURE_2D, 0, iComponents, iWidth, iHeight, 0, eFormat, GL_UNSIGNED_BYTE, pBytes);
判断纹理是否压缩成功
//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);
image4.png
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!==这些值必须是2的整数次方。(这是因为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。)
border参数:允许为纹理理贴图指定一个边界宽度。
format、type、data参数:与我们在讲glDrawPixels函数对应的参数相同
*/
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);
示例如下：
image6.png
#include "GLTools.h"
#include "GLShaderManager.h"
#include "GLFrustum.h"
#include "GLBatch.h"
#include "GLFrame.h"
#include "GLMatrixStack.h"
#include "GLGeometryTransform.h"
#ifdef __APPLE__
#include <glut/glut.h>
#else
#define FREEGLUT_STATIC
#include <GL/glut.h>
#endif
GLShaderManager shaderManager; //着色器管理器
GLMatrixStack modelViewMatrix; //模型视图矩阵
GLMatrixStack projectionMatrix; //投影矩阵
GLFrustum viewFrustum; //视景体
GLGeometryTransform transformPipeline; //几何变换管线
//4个批次容器类
GLBatch floorBatch;//地面
GLBatch ceilingBatch;//天花板
GLBatch leftWallBatch;//左墙面
GLBatch rightWallBatch;//右墙面
//深度初始值，-65。
GLfloat viewZ = -65.0f;
// 纹理标识符号
#define TEXTURE_BRICK 0 //墙面
#define TEXTURE_FLOOR 1 //地板
#define TEXTURE_CEILING 2 //纹理天花板
#define TEXTURE_COUNT 3 //纹理个数
GLuint textures[TEXTURE_COUNT];//纹理标记数组
//文件tag名字数组
const char *szTextureFiles[TEXTURE_COUNT] = { "brick.tga", "floor.tga", "ceiling.tga" };
//菜单栏选择
void ProcessMenu(int value)
{
GLint iLoop;
for(iLoop = 0; iLoop < TEXTURE_COUNT; iLoop++)
{
/**绑定纹理 glBindTexture
参数1：GL_TEXTURE_2D
参数2：需要绑定的纹理对象
*/
glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, textures[iLoop]);
/**配置纹理参数 glTexParameteri glTexParameterf
参数1：纹理模式
参数2：纹理参数
参数3：特定纹理参数
*/
switch(value)
{
case 0:
//GL_TEXTURE_2D,GL_TEXTURE_MIN_FILTER(缩小过滤器)，GL_NEAREST（最邻近过滤）
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_NEAREST);
break;
case 1:
//GL_TEXTURE_2D,GL_TEXTURE_MIN_FILTER(缩小过滤器)，GL_LINEAR（线性过滤）
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_LINEAR);
break;
case 2:
//GL_TEXTURE_2D,GL_TEXTURE_MIN_FILTER(缩小过滤器)，GL_NEAREST_MIPMAP_NEAREST（选择最邻近的Mip层，并执行最邻近过滤）
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_NEAREST_MIPMAP_NEAREST);
break;
case 3:
//GL_TEXTURE_2D,GL_TEXTURE_MIN_FILTER(缩小过滤器)，GL_NEAREST_MIPMAP_LINEAR（在Mip层之间执行线性插补，并执行最邻近过滤）
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_NEAREST_MIPMAP_LINEAR);
break;
case 4:
//GL_TEXTURE_2D,GL_TEXTURE_MIN_FILTER(缩小过滤器)，GL_NEAREST_MIPMAP_LINEAR（选择最邻近Mip层，并执行线性过滤）
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_LINEAR_MIPMAP_NEAREST);
break;
case 5:
//GL_TEXTURE_2D,GL_TEXTURE_MIN_FILTER(缩小过滤器)，GL_LINEAR_MIPMAP_LINEAR（在Mip层之间执行线性插补，并执行线性过滤，又称为三线性过滤）
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_LINEAR_MIPMAP_LINEAR);
break;
case 6:
//设置各向异性过滤
GLfloat fLargest;
//获取各向异性过滤的最大数量
glGetFloatv(GL_MAX_TEXTURE_MAX_ANISOTROPY_EXT, &fLargest);
//设置纹理参数(各向异性采样)
glTexParameterf(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MAX_ANISOTROPY_EXT, fLargest);
break;
case 7:
//设置各向同性过滤，数量为1.0表示(各向同性采样)
glTexParameterf(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MAX_ANISOTROPY_EXT, 1.0f);
break;
}
}
//触发重画
glutPostRedisplay();
}
//在这个函数里能够在渲染环境中进行任何需要的初始化，它这里的设置并初始化纹理对象
void SetupRC()
{
//1.黑色的背景
glClearColor(0.0f, 0.0f, 0.0f,1.0f);
//2.初始化shaderManager
shaderManager.InitializeStockShaders();
GLbyte *pBytes;
GLint iWidth, iHeight, iComponents;
GLenum eFormat;
GLint iLoop;
//3.生成纹理标记
/** 分配纹理对象 glGenTextures
参数1：纹理对象的数量
参数2：纹理对象标识数组
*/
glGenTextures(TEXTURE_COUNT, textures);
//4. 循环设置纹理数组的纹理参数
for(iLoop = 0; iLoop < TEXTURE_COUNT; iLoop++)
{
/**绑定纹理对象 glBindTexture
参数1：纹理模式，GL_TEXTURE_1D,GL_TEXTURE_2D,GL_TEXTURE_3D
参数2：需要绑定的纹理对象
*/
glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, textures[iLoop]);
/**加载tga文件
参数1：纹理文件名称
参数2：文件宽度变量地址
参数3：文件高度变量地址
参数4：文件组件变量地址
参数5：文件格式变量地址
返回值：pBytes，指向图像数据的指针
*/
pBytes = gltReadTGABits(szTextureFiles[iLoop],&iWidth, &iHeight,
&iComponents, &eFormat);
//加载纹理、设置过滤器和包装模式
//GL_TEXTURE_MAG_FILTER（放大过滤器,GL_NEAREST(最邻近过滤)
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MAG_FILTER, GL_NEAREST);
//GL_TEXTURE_MIN_FILTER(缩小过滤器),GL_NEAREST(最邻近过滤)
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_NEAREST);
//GL_TEXTURE_WRAP_S(s轴环绕),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一列进行采样)
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_S, GL_CLAMP_TO_EDGE);
//GL_TEXTURE_WRAP_T(t轴环绕)，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一列进行采样)
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_T, GL_CLAMP_TO_EDGE);
/**载入纹理 glTexImage2D
参数1：纹理维度，GL_TEXTURE_2D
参数2：mip贴图层次
参数3：纹理单元存储的颜色成分（从读取像素图中获得）
参数4：加载纹理宽度
参数5：加载纹理的高度
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无符号整型
参数8：指向纹理图像数据的指针
*/
glTexImage2D(GL_TEXTURE_2D, 0, iComponents, iWidth, iHeight, 0, eFormat, GL_UNSIGNED_BYTE, pBytes);
/**为纹理对象生成一组完整的mipmap glGenerateMipmap
参数1：纹理维度，GL_TEXTURE_1D,GL_TEXTURE_2D,GL_TEXTURE_2D
*/
glGenerateMipmap(GL_TEXTURE_2D);
//释放原始纹理数据，不在需要纹理原始数据了
free(pBytes);
}
//5. 设置几何图形顶点/纹理坐标(上.下.左.右)
GLfloat z;
/*
GLTools库中的容器类，GBatch，
void GLBatch::Begin(GLenum primitive,GLuint nVerts,GLuint nTextureUnits = 0);
参数1：图元枚举值
参数2：顶点数
参数3：1组或者2组纹理坐标
*/
//已三角形带的图元绘制
floorBatch.Begin(GL_TRIANGLE_STRIP, 28, 1);
//参考PPT图6-10
//Z表示深度，隧道的深度
for(z = 60.0f; z >= 0.0f; z -=10.0f)
{
floorBatch.MultiTexCoord2f(0, 0.0f, 0.0f);
floorBatch.Vertex3f(-10.0f, -10.0f, z);
floorBatch.MultiTexCoord2f(0, 1.0f, 0.0f);
floorBatch.Vertex3f(10.0f, -10.0f, z);
floorBatch.MultiTexCoord2f(0, 0.0f, 1.0f);
floorBatch.Vertex3f(-10.0f, -10.0f, z - 10.0f);
floorBatch.MultiTexCoord2f(0, 1.0f, 1.0f);
floorBatch.Vertex3f(10.0f, -10.0f, z - 10.0f);
}
floorBatch.End();
//参考PPT图6-11
ceilingBatch.Begin(GL_TRIANGLE_STRIP, 28, 1);
for(z = 60.0f; z >= 0.0f; z -=10.0f)
{
ceilingBatch.MultiTexCoord2f(0, 0.0f, 1.0f);
ceilingBatch.Vertex3f(-10.0f, 10.0f, z - 10.0f);
ceilingBatch.MultiTexCoord2f(0, 1.0f, 1.0f);
ceilingBatch.Vertex3f(10.0f, 10.0f, z - 10.0f);
ceilingBatch.MultiTexCoord2f(0, 0.0f, 0.0f);
ceilingBatch.Vertex3f(-10.0f, 10.0f, z);
ceilingBatch.MultiTexCoord2f(0, 1.0f, 0.0f);
ceilingBatch.Vertex3f(10.0f, 10.0f, z);
}
ceilingBatch.End();
//参考PPT图6-12
leftWallBatch.Begin(GL_TRIANGLE_STRIP, 28, 1);
for(z = 60.0f; z >= 0.0f; z -=10.0f)
{
leftWallBatch.MultiTexCoord2f(0, 0.0f, 0.0f);
leftWallBatch.Vertex3f(-10.0f, -10.0f, z);
leftWallBatch.MultiTexCoord2f(0, 0.0f, 1.0f);
leftWallBatch.Vertex3f(-10.0f, 10.0f, z);
leftWallBatch.MultiTexCoord2f(0, 1.0f, 0.0f);
leftWallBatch.Vertex3f(-10.0f, -10.0f, z - 10.0f);
leftWallBatch.MultiTexCoord2f(0, 1.0f, 1.0f);
leftWallBatch.Vertex3f(-10.0f, 10.0f, z - 10.0f);
}
leftWallBatch.End();
//参考PPT图6-13
rightWallBatch.Begin(GL_TRIANGLE_STRIP, 28, 1);
for(z = 60.0f; z >= 0.0f; z -=10.0f)
{
rightWallBatch.MultiTexCoord2f(0, 0.0f, 0.0f);
rightWallBatch.Vertex3f(10.0f, -10.0f, z);
rightWallBatch.MultiTexCoord2f(0, 0.0f, 1.0f);
rightWallBatch.Vertex3f(10.0f, 10.0f, z);
rightWallBatch.MultiTexCoord2f(0, 1.0f, 0.0f);
rightWallBatch.Vertex3f(10.0f, -10.0f, z - 10.0f);
rightWallBatch.MultiTexCoord2f(0, 1.0f, 1.0f);
rightWallBatch.Vertex3f(10.0f, 10.0f, z - 10.0f);
}
rightWallBatch.End();
}
//关闭渲染环境
void ShutdownRC(void)
{
//删除纹理
glDeleteTextures(TEXTURE_COUNT, textures);
}
//前后移动视口来对方向键作出响应
void SpecialKeys(int key, int x, int y)
{
if(key == GLUT_KEY_UP)
//移动的是深度值，Z
viewZ += 0.5f;
if(key == GLUT_KEY_DOWN)
viewZ -= 0.5f;
//更新窗口，即可回调到RenderScene函数里
glutPostRedisplay();
}
//改变视景体和视口，在改变窗口大小或初始化窗口调用
void ChangeSize(int w, int h)
{
//1.防止对0进行除法操作
if(h == 0)
h = 1;
//2.将视口设置大小
glViewport(0, 0, w, h);
GLfloat fAspect = (GLfloat)w/(GLfloat)h;
//3.生成透视投影
viewFrustum.SetPerspective(80.0f,fAspect,1.0,120.0);
projectionMatrix.LoadMatrix(viewFrustum.GetProjectionMatrix());
transformPipeline.SetMatrixStacks(modelViewMatrix, projectionMatrix);
}
//调用，绘制场景
void RenderScene(void)
{
//1.用当前清除色，清除窗口
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
//2.模型视图压栈
modelViewMatrix.PushMatrix();
//Z轴平移viewZ 距离
modelViewMatrix.Translate(0.0f, 0.0f, viewZ);
//3.纹理替换矩阵着色器
/*
参数1：GLT_SHADER_TEXTURE_REPLACE（着色器标签）
参数2：模型视图投影矩阵
参数3：纹理层
*/
shaderManager.UseStockShader(GLT_SHADER_TEXTURE_REPLACE, transformPipeline.GetModelViewProjectionMatrix(), 0);
//4.绑定纹理
/*
参数1：纹理模式，GL_TEXTURE_1D、GL_TEXTURE_2D、GL_TEXTURE_3D
参数2：需要绑定的纹理
*/
glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, textures[TEXTURE_FLOOR]);
floorBatch.Draw();
glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, textures[TEXTURE_CEILING]);
ceilingBatch.Draw();
glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, textures[TEXTURE_BRICK]);
leftWallBatch.Draw();
rightWallBatch.Draw();
//5.pop
modelViewMatrix.PopMatrix();
//6.缓存区交换
glutSwapBuffers();
}
int main(int argc, char *argv[])
{
gltSetWorkingDirectory(argv[0]);
// 标准初始化
glutInit(&argc, argv);
glutInitDisplayMode(GLUT_DOUBLE | GLUT_RGB);
glutInitWindowSize(800, 600);
glutCreateWindow("Tunnel");
glutReshapeFunc(ChangeSize);
glutSpecialFunc(SpecialKeys);
glutDisplayFunc(RenderScene);
// 添加菜单入口，改变过滤器
glutCreateMenu(ProcessMenu);
glutAddMenuEntry("GL_NEAREST",0);
glutAddMenuEntry("GL_LINEAR",1);
glutAddMenuEntry("GL_NEAREST_MIPMAP_NEAREST",2);
glutAddMenuEntry("GL_NEAREST_MIPMAP_LINEAR", 3);
glutAddMenuEntry("GL_LINEAR_MIPMAP_NEAREST", 4);
glutAddMenuEntry("GL_LINEAR_MIPMAP_LINEAR", 5);
glutAddMenuEntry("Anisotropic Filter", 6);
glutAddMenuEntry("Anisotropic Off", 7);
glutAttachMenu(GLUT_RIGHT_BUTTON);
GLenum err = glewInit();
if (GLEW_OK != err) {
fprintf(stderr, "GLEW Error: %s\n", glewGetErrorString(err));
return 1;
}
// 启动循环，关闭纹理
SetupRC();
glutMainLoop();
ShutdownRC();
return 0;
}
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