8-1.纹理

纹理

能够通过计算颜色值对它们的表面进行着色，以及在它们之间进行插值操作来模拟光照效果。但是为了达到更加真实的效果，还有一种非常棒的途径，这就是纹理贴图（texture mapping）。纹理只是一种能够应用到场景中的三角形上的图像数据，它通过经过过滤的纹理单元（textel，相当于基于纹理的像素）填充到实心区域。图片（也可以称之为纹理）内容可以是任何东西，但是他们一般都是一些比如砖，叶子，地面等的图案，纹理贴图增加了场景的真实性。

你可以把它理解成一张贴纸一样的东西，在物体表面贴上图案，纹理的作用就是用来装饰我们的物体模型，就像装修的时候，在家里的墙壁上贴墙纸一样，当然纹理的作用应该远远不止这些。

1. 图像的存储空间 = 图片width * 图片height * 每个像素的字节数
2. OpenGL纹理文件是.tga文件，.tga特点是一个字节一个字节排列起来的，不会有多余的空间浪费。压缩图片.png和.jpeg也可以当做纹理使用，系统会把压缩图片还原成位图供纹理使用，位图每一个像素点都会有其颜色空间。

纹理常用API

1. 关于像素存储方式

/*
参数1 pname：指定OpenGL如何从数据缓存区解包图像数据，
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）
参数2 param：表示参数GL_UNPACK_ALIGNMENT设置的值
*/
void glPixelStorei(GLenum pname, GLint param); //改变像素存储方式
void glPixelStoref(GLenum pname, GLint param); //恢复像素存储方式

这俩函数用途是一样的，只不过函数名一个是 i 结尾，一个是 f 结尾，区别只是第二个参数的类型，i 的是GLint，f 的是GLfloat。

//例子
glPixelStorei(GL_UNPACK_ALIGNMENT, 1);

OpenGL 像素格式 像素数据的数据类型

2. 从颜色缓冲区读取纹理文件.tga

/*
参数1/2：x/y，矩形左下角的窗口坐标
参数3/4：width/height，矩形的宽高，以像素为单位
参数5：format，OpenGL的像素格式，如RGBA
参数6：type，参数pixels指向的数据，读取出来的颜色分量，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，从缓冲区读取
glWriteBuffer(mode); //指定写入的缓存，写入到缓存区

3. 载入纹理图像

/*
常用的是第二个二维纹理函数
参数1：target，GL_TEXTURE_1D、GL_TEXTURE_2D、GL_TEXTURE_3D
参数2：level，指定所加载的mip贴图层次，一般设为0
参数3：internalformat，每个纹理单元中存储多少颜色成分
参数4：width/height/depth，纹理的宽、高、深度，值设置为2的整数次方
参数5：border，为纹理贴图指定一个边框
参数6：format/type/data，同上一个函数
*/
void glTexImage1D(GLenum target, GLint level, GLint internalformat, GLsizei width, GLint border, GLenum format, GLenum type, const void *data);
void glTexImage2D(GLenum target, GLint level, GLint internalformat, GLsizei width, GLsizei height, GLint border, GLenum format, GLenum type, const void *data);
void glTexImage3D(GLenum target, GLint level, GLint internalformat, GLsizei width, GLsizei height, GLsizei depth, GLint border, GLenum format, GLenum type, const void *data);

4. 更新纹理

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

5. 插入替换纹理

void glCopyTexSubImage1D(GLenum target, GLint level, GLint xOffset, GLint x, 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, GLint z,  GLsizei width, GLsizei height, GLsizei depth);

6. copy纹理，从颜色缓冲区加载数据

/*
x,y，在颜色缓冲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glCopyTexImage3D，因为无法从2D颜色缓存区中获取体积数据***
*/
void glCopyTexImage1D(GLenum target, GLint level, GLint internalformat, GLint x, GLsizei width, GLint border);
void glCopyTexImage2D(GLenum target, GLint level,  GLint internalformat, GLint x, GLint y, GLsizei width, GLsizei height, GLint border);

7. 纹理对象

//使用函数分配纹理对象，分配对象标识符
//指定纹理对象的数量和指针（指针指向一个无符号整型数据，由纹理对象标识符填充）
void glGenTextures(GLsizei n, GLuint *textures);

/*
参数1：target，GL_TEXTURE_1D、GL_TEXTURE_2D、GL_TEXTURE_3D
参数2：texture，需要绑定的纹理对象
*/
//绑定纹理状态
void glBindTexture(GLenum target, GLuint texture);


//删除绑定纹理对象
//纹理对象以及纹理对象指针
void glDeleteTextures(GLsizei n, GLuint *textures);

//测试纹理对象是否有效
GLboolean glIsTexture(GLuint texture);
/*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*/

8. 设置纹理参数

/*
参数1：target，指定这些参数用在哪个纹理模式上，比如GL_TEXTURE_1D、GL_TEXTURE_2D、GL_TEXTURE_3D
参数2：pname，指定需要设置哪个纹理参数，设置纹理属性
参数3：param，设定特定的纹理参数的值，属性的值
*/
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, GLFloat *param);

• 过滤方式：
  邻近过滤（GL_NEAREST）：坐标点最近的颜色
  线性过滤（GL_LINEAR）：颜色混合

过滤方式

两种过滤效果本质上没有多大区别，肉眼很难区分的出来，只有当图片放大后，可清晰的看清楚两种过滤方式的差别，一般情况下，glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D,GL_TEXTURE_MAG_FILTER,GL_LINEAR) 纹理放⼤时,使⽤线性过滤

1）邻近过滤（GL_NEAREST）：
邻近过滤是把最邻近的纹理单元应用到纹理坐标中。如图1，左上角那个纹理像素的中心距离纹理坐标最近，所以它会被选择为样本颜色：

临近过滤 临近过滤

当一像素点靠近A时，返回离这个点最近的像素值

2）线性过滤（GL_LINEAR）：
如图2，线性过滤会把这个纹理坐标周围的纹理单元的加权平均值应用到这个纹理坐标上（线性插值），一个纹理像素的中心距离纹理坐标越近，那么这个纹理像素的颜色对最终的样本颜色的贡献越大。下图中你可以看到返回的颜色是邻近像素的混合色：

线性过滤
线性过滤

当一像素点靠近A时，返回离这个点周围的颜色混合后的值

四种组合方式的过滤：

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

• 环绕方式：

GL_REPEAT，默认，重复纹理图像
GL_MIRRORED_REPEAT，重复纹理图像，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0-1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

不同环绕方式后的效果

/*
参数1：GL_TEXTURE_1D、GL_TEXTURE_2D、GL_TEXTURE_3D
参数2：GL_TEXTURE_WRAR_S、GL_TEXTURE_WRAR_T、GL_TEXTURE_WRAR_R，对应s、t、r坐标
参数3：GL_REPEAT（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（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最后一列进行采样）、
      GL_CLAMP_TO_BORDER（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）
*/
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAR_S, GL_CLAMP_TO_EDGE);
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAR_T, GL_CLAMP_TO_EDGE);

S 、T、 R 坐标系对应着世界坐标系的X， Y， Z

3、使用纹理的流程

1. 读取纹理文件

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

2. 载入纹理

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

3. 生成纹理对象

void glGenTextures(GLsizei n, GLuint *textures);
void glBindTexture(GLenum target, GLuint texture);
void glDeleteTextures(GLsizei n, GLuint *textures);
GLboolean glIsTexture(GLuint texture);

4. 设置纹理相关参数

• 设置过滤方式

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

• 设置x轴和y轴上的环绕方式

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

4、纹理坐标

1. 纹理坐标图解

   image

• 一般设置左上角坐标为(0,0)，相当于上图顺时针旋转90°

  
  纹理正常映射坐标

• 纹理坐标的映射关系并不是固定的，可以翻转

  
  翻转映射

纹理坐标的对应可以更换顺序，但是不能交叉(不能4个顶点映射到一个顶点)

以下是纹理填充例子：

image 三维纹理

• 立体图形可以使用三维纹理，也可以每个面都使用二维纹理填充，常使用给每个面填充的方式