008-OpenGL纹理

什么是纹理？

纹理可以理解为图片. 在渲染图形时需要在其编码填充图片,为了使得场景更加逼真.⽽这里使⽤的图片,就是常说的纹理.但是在OpenGL,我们更加习惯叫纹理,而不是图⽚.

纹理相关的函数

载入纹理

void glTexImage2D(GLenum target,GLint level,GLint internalformat,GLsizei width,GLsizei height,GLint border,GLenum format,GLenum type,void * data);
参数说明：

• 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

纹理对象

分配纹理对象
void glGenTextures(GLsizei n,GLuint * textTures);
参数说明：

• 参数1：纹理的个数
• 参数2：纹理对象指针

绑定纹理状态
void glBindTexture(GLenum target,GLunit texture);
参数说明：

• 参数1：纹理状态（2D）
• 参数2：纹理对象

删除绑定纹理对象
void glDeleteTextures(GLsizei n,GLuint *textures);
参数说明：

• 参数1：纹理个数
• 参数2：纹理对象指针

测试纹理对象是否有效
GLboolean glIsTexture(GLuint texture);
参数说明：

• 参数1：纹理对象

返回值:
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。

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);

参数说明：

• 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

纹理过滤方式

过滤方式

• 邻近过滤(GL_NEAREST)：也就是说取当前像素点最接近的纹理坐标的值
• 线性过滤(GL_LINEAR)：取当前像素点相邻的纹理值然后通过计算得到一个平均值

两种纹理过滤方式的比较

过滤方式比较

纹理参数的设置函数

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

纹理的环绕方式

常用的环绕方式有：

环绕方式	描述
GL_REPEAT	对纹理的默认行为，重复纹理图像
GL_MIRRORED_REPEAT	和GL_REPEAT一样，但是每次重复都是镜像放置的
GL_CLAMP_TO_EDGE	纹理坐标会被约束在0-1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	超出坐标为用户指定的边缘颜色

不同环绕方式的效果：

环绕方式

设置环绕方式

glTextParameteri(GL_TEXTURE_2D,GL_TEXTURE_WRAR_S,GL_CLAMP_TO_EDGE);
glTextParameteri(GL_TEXTURE_2D,GL_TEXTURE_WRAR_T,GL_CLAMP_TO_EDGE);

参数说明：

• 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

OpenGL像素格式

像素格式

纹理坐标

纹理坐标的取值在 0-1 之间，如下图：

纹理坐标

上图中从（0，0）（1，0）（0.5，1）三个坐标可以取出该纹理的一个三角形

例子

小面我们来使用纹理完成一个小例子，最终结果如图：

Demo

完整代码如下

#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;
GLMatrixStack       modelViewMatrix;
GLMatrixStack       projectionMatrix;
GLFrame             cameraFrame;
GLFrame             objectFrame;
GLFrustum           viewFrustum;

GLBatch             pyramidBatch;

//纹理变量，一般使用无符号整型
GLuint              textureID;

GLGeometryTransform transformPipeline;
M3DMatrix44f        shadowMatrix;

//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);
    
    /***前情导入
     
     2)设置纹理坐标
     void MultiTexCoord2f(GLuint texture, GLclampf s, GLclampf 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：对应顶点坐标中的x坐标
     参数3：t:对应顶点坐标中的y
     (s,t,r,q对应顶点坐标的x,y,z,w)
     
     pyramidBatch.MultiTexCoord2f(0,s,t);
     
     3)void Vertex3f(GLfloat x, GLfloat y, GLfloat z);
      void Vertex3fv(M3DVector3f vVertex);
     向三角形批次类添加顶点数据(x,y,z);
      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 };
    
    //金字塔底部
    //底部的四边形 = 三角形X + 三角形Y
    //三角形X = (vBackLeft,vBackRight,vFrontRight)
    //vBackLeft
    pyramidBatch.MultiTexCoord2f(0, 0.0f, 0.0f);
    pyramidBatch.Vertex3fv(vBackLeft);
    
    //vBackRight
    pyramidBatch.MultiTexCoord2f(0, 1.0f, 0.0f);
    pyramidBatch.Vertex3fv(vBackRight);
    
    //vFrontRight
    pyramidBatch.MultiTexCoord2f(0, 1.0f, 1.0f);
    pyramidBatch.Vertex3fv(vFrontRight);
    
    
    //三角形Y =(vFrontLeft,vBackLeft,vFrontRight)
    //vFrontLeft
    pyramidBatch.MultiTexCoord2f(0, 0.0f, 1.0f);
    pyramidBatch.Vertex3fv(vFrontLeft);
    
    //vBackLeft
    pyramidBatch.MultiTexCoord2f(0, 0.0f, 0.0f);
    pyramidBatch.Vertex3fv(vBackLeft);
    
    //vFrontRight
    pyramidBatch.MultiTexCoord2f(0, 1.0f, 1.0f);
    pyramidBatch.Vertex3fv(vFrontRight);

    
    // 金字塔前面
    //三角形：（Apex，vFrontLeft，vFrontRight）
    pyramidBatch.MultiTexCoord2f(0, 0.5f, 1.0f);
    pyramidBatch.Vertex3fv(vApex);

    pyramidBatch.MultiTexCoord2f(0, 0.0f, 0.0f);
    pyramidBatch.Vertex3fv(vFrontLeft);

    pyramidBatch.MultiTexCoord2f(0, 1.0f, 0.0f);
    pyramidBatch.Vertex3fv(vFrontRight);
    
    //金字塔左边
    //三角形：（vApex, vBackLeft, vFrontLeft）
    pyramidBatch.MultiTexCoord2f(0, 0.5f, 1.0f);
    pyramidBatch.Vertex3fv(vApex);
    
    pyramidBatch.MultiTexCoord2f(0, 1.0f, 0.0f);
    pyramidBatch.Vertex3fv(vBackLeft);
    
    pyramidBatch.MultiTexCoord2f(0, 0.0f, 0.0f);
    pyramidBatch.Vertex3fv(vFrontLeft);
    
    //金字塔右边
    //三角形：（vApex, vFrontRight, vBackRight）
    pyramidBatch.MultiTexCoord2f(0, 0.5f, 1.0f);
    pyramidBatch.Vertex3fv(vApex);
    
    pyramidBatch.MultiTexCoord2f(0, 1.0f, 0.0f);
    pyramidBatch.Vertex3fv(vFrontRight);

    pyramidBatch.MultiTexCoord2f(0, 0.0f, 0.0f);
    pyramidBatch.Vertex3fv(vBackRight);
    
    //金字塔后边
    //三角形：（vApex, vBackRight, vBackLeft）
    pyramidBatch.MultiTexCoord2f(0, 0.5f, 1.0f);
    pyramidBatch.Vertex3fv(vApex);
    
    pyramidBatch.MultiTexCoord2f(0, 0.0f, 0.0f);
    pyramidBatch.Vertex3fv(vBackRight);
    
    pyramidBatch.MultiTexCoord2f(0, 1.0f, 0.0f);
    pyramidBatch.Vertex3fv(vBackLeft);
    
    //结束批次设置
    pyramidBatch.End();
}

// 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: 缩小/放大过滤方式.
    glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, minFilter);
    glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MAG_FILTER, magFilter);
    

    //3.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)
    //4.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;
}

void SetupRC()
{
    //1.
    glClearColor(0.7f, 0.7f, 0.7f, 1.0f );
    shaderManager.InitializeStockShaders();
    
    //2.
    glEnable(GL_DEPTH_TEST);
    
    //3.
    //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("brick.tga", GL_LINEAR_MIPMAP_NEAREST, GL_LINEAR, GL_REPEAT);
    
    //4.创造金字塔pyramidBatch
    MakePyramid(pyramidBatch);
    
    //5.
    /**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);
}

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

void RenderScene(void)
{
    //1.颜色值&光源位置
    static GLfloat vLightPos [] = { 1.0f, 1.0f, 0.0f };
    static GLfloat vWhite [] = { 1.0f, 1.0f, 1.0f, 1.0f };
    
    //2.清理缓存区
    glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT | GL_STENCIL_BUFFER_BIT);
    
    //3.当前模型视频压栈
    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);
    
    //4.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);
    
    //5.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);
    
    //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();
    
    //6.交换缓存区
    glutSwapBuffers();
}

void SpecialKeys(int key, int x, int y)
{
    if(key == GLUT_KEY_UP)
        objectFrame.RotateWorld(m3dDegToRad(-5.0f), 1.0f, 0.0f, 0.0f);
    
    if(key == GLUT_KEY_DOWN)
        objectFrame.RotateWorld(m3dDegToRad(5.0f), 1.0f, 0.0f, 0.0f);
    
    if(key == GLUT_KEY_LEFT)
        objectFrame.RotateWorld(m3dDegToRad(-5.0f), 0.0f, 1.0f, 0.0f);
    
    if(key == GLUT_KEY_RIGHT)
        objectFrame.RotateWorld(m3dDegToRad(5.0f), 0.0f, 1.0f, 0.0f);
    
    glutPostRedisplay();
}

void ChangeSize(int w, int h)
{
    //1.设置视口
    glViewport(0, 0, w, h);
    
    //2.创建投影矩阵
    viewFrustum.SetPerspective(35.0f, float(w) / float(h), 1.0f, 500.0f);
  
    //viewFrustum.GetProjectionMatrix()  获取viewFrustum投影矩阵
    //并将其加载到投影矩阵堆栈上
    projectionMatrix.LoadMatrix(viewFrustum.GetProjectionMatrix());
    
    //3.设置变换管道以使用两个矩阵堆栈（变换矩阵modelViewMatrix ，投影矩阵projectionMatrix）
    //初始化GLGeometryTransform 的实例transformPipeline.通过将它的内部指针设置为模型视图矩阵堆栈 和 投影矩阵堆栈实例，来完成初始化
    //当然这个操作也可以在SetupRC 函数中完成，但是在窗口大小改变时或者窗口创建时设置它们并没有坏处。而且这样可以一次性完成矩阵和管线的设置。
    transformPipeline.SetMatrixStacks(modelViewMatrix, projectionMatrix);
}


int main(int argc, char* argv[])
{
    gltSetWorkingDirectory(argv[0]);
    
    glutInit(&argc, argv);
    glutInitDisplayMode(GLUT_DOUBLE | GLUT_RGBA | GLUT_DEPTH | GLUT_STENCIL);
    glutInitWindowSize(800, 600);
    glutCreateWindow("Pyramid");
    glutReshapeFunc(ChangeSize);
    glutSpecialFunc(SpecialKeys);
    glutDisplayFunc(RenderScene);
    
    GLenum err = glewInit();
    if (GLEW_OK != err) {
        fprintf(stderr, "GLEW Error: %s\n", glewGetErrorString(err));
        return 1;
    }
    
    SetupRC();
    glutMainLoop();
    ShutdownRC();
    return 0;
}