OpenGL纹理

这篇文章我们讲述一下纹理的一些概念和API。

纹理通常来说就是物体上呈现的线形纹路，例如大理石上的花纹等。
例如：下面的图片的样子，图片的格式为tga文件

15950558118992.png

计算机在绘制一张图片时，通常都会进行像素包装：
图片的存储空间=图像的高度 * 图像宽度 * 每个像素的字节数

一、在OpenGL中也有对应的一些改变像素存储的方式：

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

示例：
glPixelStorei(GL_UNPACK_ALIGNMENT,1);
参数一：GL_UNPACK_ALIGNMENT 指定OpenGL 如何从数据缓存区中解包图像 数据
参数二：表示参数GL_UNPACK_ALIGNMENT 设置的值

二、从颜色缓冲区内容作为像素图直接读取

void glReadPixels(GLint x,GLint y,GLSizei width,GLSizei
height, GLenum format, GLenum type,const void * pixels);

1:x，矩形左下角的窗口坐标
2:y，矩形左下角的窗口坐标
3:width,矩形的宽，以像素为单位
4:height，矩形的高，以像素为单位
5:format,OpenGL的像素格式
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
7、pixels，指向图像数据的指针

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

三、纹理对象

载入纹理

1维纹理
void glTexImage1D(GLenum target,GLint level,GLint internalformat,GLsizei width,GLint border,GLenum format,GLenum type,void *data);

二维纹理
void glTexImage2D(GLenum target,GLint level,GLint internalformat,GLsizei width,GLsizei height,GLint border,GLenum format,GLenum type,void * data);

三维纹理
void glTexImage3D(GLenum target,GLint level,GLint internalformat,GLSizei width,GLsizei height,GLsizei depth,GLint border,GLenum format,GLenum type,void *data);


* 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 旧版本上的遗留留下的⼀一个要求。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

既然有载入纹理，那就有更新纹理

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);

替换纹理

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。
注意:不存在glCopyTextImage3D ，因为我们⽆法从2D颜色缓存区中获取体积数据。

分配纹理对象

//使⽤用函数分配纹理对象
//指定纹理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);

删除纹理对象

//删除绑定纹理对象
//纹理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

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);

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

在上面所有API当中，绘制纹理的过程:

1、读取文件
2、载入纹理
3、生成纹理对象
4、设置纹理参数

在上面的API中常用的函数为下面的代码:

1、读取文件
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

2、载入纹理,一般情况下为2D
void glTexImage2D(GLenum target,GLint level,GLint
     internalformat,GLsizei width,GLsizei height,GLint
     border,GLenum format,GLenum type,void * data);
3、生成纹理对象
void glGenTextures(GLsizei n,GLuint * textTures);
void glBindTexture(GLenum target,GLunit texture);

4、设置纹理参数

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);

四、设置纹理过滤方式

纹理过滤方式有两种：
1、邻近过滤（GL_NEAREST）:就是最靠近当前位置的颜色

15950580167691.png

2、线性过滤（GL_LINEAR）:所有颜色混合之后的颜色

15950580247582.png

这两种方式的差别在我们肉眼下查看区别是不大的。因此一般情况下，设置纹理方式都是看个人习惯。

但是，在将纹理方大时，建议使用线性过滤

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);

五、设置纹理环绕

设置Mip贴图的纹理过滤

常量	描述
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_NEAREST	选择最邻近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

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

纹理的环绕方式主要有4种：

。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	纹理坐标会被约束在0到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。

下面是4种效果图

截屏2020-07-18 下午3.59.25.png

环绕方式参数设置

参数1:GL_TEXTURE_1D、GL_TEXTURE_2D、GL_TEXTURE_3D 
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);

OpenGL像素格式

常量	描述
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	每个像素包含了了⼀一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	每个像素值包含一个深度值
GL_DEPTH_STENCIL	每个像素包含一个深度值和一个模板值

OpenGL像素数据的数据类型表

15950598499403.png

纹理坐标转换

在3D笛卡尔坐标系种，三维坐标是有x,y,z表示，而在纹理中是由s,t,r表示。

15950603894087.png

如上图所示：
以坐标原点在金字塔正中心位置为例：
三角形x的坐标：
vBackLeft(-1,-1,-1)
vBackRight(1,-1,-1)
vFrontRight(1,-1,1)
三角形y的坐标
vfrontLeft(-1,-1,1)
vBackLeft(-1,-1,-1)
vFrontRight(1,-1,1)

vApex的坐标为(0,1,0)

那么转化为纹理坐标：
以vBackLeft为原点:
那么vBackLeft纹理坐标为:(0,0)
VBackRight(1,0)
vFrontLeft(0,1)
VFrontRight(1,1)
vApex(0.5,1)

我们这里使用的是2D纹理，只需要利用2D坐标贴图一一对应。