十一、OpenGL纹理API及纹理坐标
2020-07-19 本文已影响0人
小山93
1. 图像存储空间计算公式
图像存储空间 = 图像的⾼度 * 图像宽度 * 每个像素的字节数
每个像素的字节数 = R(8位) + G(8位) + B(8位) + A(8位) = 4字节
2. 纹理
- 纹理其实就是图片，图片在显示过程中需要先解压缩 -> 解码 -> 位图 -> 显示。
- 在OpenGL中纹理的格式是TGA文件，在OpenGL ES中使用的是常见的PNG/JPG等格式。
2.1 纹理相关API
2.1.1 像素存储方式
//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);
//举例:
//参数1:GL_UNPACK_ALIGNMENT 指定 OpenGL 如何从数据缓存区中解包图像数据, 设置内存中每个像素行起点的排列方式
//参数2:表示参数GL_UNPACK_ALIGNMENT 设置的值
//允许设置为1 (byte排列)、2(偶数byte排列)、4(word字排列)、8(行从双字节边界开始)
glPixelStorei(GL_UNPACK_ALIGNMENT,1);
2.1.2 纹理生成过程使用颜⾊缓存区
///--- 读写缓存
void glReadBuffer(mode);—> 指定读取的缓存
void glWriteBuffer(mode);—> 指定写入的缓存
///--- 直接读取颜色缓存区内容作为像素图
//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，参考下图表1
//参数6:type, 像素数据类型，参考下图表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);
///--- 使⽤颜⾊缓存区加载数据,形成新的纹理使⽤
// 注意:不存在glCopyTextImage3D ，因为我们⽆法从2D 颜色缓存区中获取3D数据。
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);
表1 - 像素格式.png
表1.1 纹理压缩格式.png
表2 - 像素数据类型.png
2.1.3 载入纹理, 最常用glTexImage2D
//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。一般我们都把这个参数设置为0。
//参数3: internalformat:每个纹理单元中存储多颜⾊成分。
//参数4/5/6: width、height、depth参数:指加载纹理理的宽度、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。)
//参数7: border参数:允许为纹理贴图指定一个边界宽度。
//参数8: format, OpenGL 的像素格式，参考下图表1
//参数9: type, 像素数据类型，参考下图表2
//参数10: pixels, 指向图形数据的指针
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);
2.1.4 更新纹理、插入替换纹理
///---- 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);
///---- 插⼊替换纹理
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);
2.1.5 纹理对象
// 分配纹理对象
// 参数1：指定纹理对象的数量
// 参数2： 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
// 参数1：指定纹理对象的数量
// 参数2： 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);
2.1.6 设置纹理参数，常用glTexParameteri
// 参数1:target,指定这些参数将要应⽤在那个纹理模式上，⽐比如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,设定特定的纹理理参数的值
void glTexParameterf(GLenum target,GLenum pname,GLFloat param);
void glTexParameteri(GLenum target,GLenum pname,GLint param);
void glTexParameterfv(GLenum target,GLenum pname,GLFloat *param);
void glTexParameteriv(GLenum target,GLenum pname,GLint *param);
///---- 举例1：设置纹理的过滤方式
// 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)
///---- 举例2： 设置环绕方式
// 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
glTextParameteri(GL_TEXTURE_2D,GL_TEXTURE_WRAR_S,GL_CLAMP_TO_EDGE);
glTextParameteri(GL_TEXTURE_2D,GL_TEXTURE_WRAR_T,GL_CLAMP_TO_EDGE);
2.1.6.1 设置纹理过滤方式
- 最邻近过滤(GL_NEAREST) :取最近的像素点的颜色值。放大看，会发现像素间的颜色差值相对较分明。
-
线性过滤(GL_LINEAR): 取最近几个像素混合后的颜色值。放大看，会发现像素颜色的过渡会比较平滑
两种过滤的取色方式.png
两种过滤方式放大后的效果对比.png
-
MIP 贴图的四种过滤方式
MIP 贴图开启后，可以将一张图片生成多张图片，以高效的适应不同大小的视图。新图的生成规则是原图宽高的一半，下一个新图是上一个新图的宽高的一半，知道大小为一个纹理单元大小为止。
MIP贴图生成规则.png
// 开启Mip 贴图
// 参数1：纹理维度，GL_TEXTURE_1D,GL_TEXTURE_2D,GL_TEXTURE_2D
void glGenerateMipmap(GL_TEXTURE_2D);
// MIP 贴图的四种过滤方式
// 具有非常好的性能，并且闪烁现象非常弱
GL_NEAREST_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_NEAREST
// 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。
GL_LINEAR_MIPMAP_LINEAR
// 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);
Mip贴图的过滤方式.png
-
各向异性过滤 && 各向同性过滤
当我们从一个倾斜角是观察物体时，视觉上看，会沿着纹理的平面方向拉伸。 和垂直观察相比， 对周围的纹理单元进行常规采样会导致一些纹理数据丢失。为了更逼真和准确的采样，应该是沿着纹理的平面方向进行延伸，使用各向异性过滤进行处理。
各向异性过滤 && 各向同性过滤.png
//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);
//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);
2.1.6.2 设置纹理环绕方式
环绕方式.png
环绕方式图解.png
3. 纹理坐标
3.1 纹理坐标与顶点的关系
- 纹理坐标就是纹理与图形的映射关系，图形中每个顶点都会映射一个纹理坐标
-
3D坐标中的XYZ映射到纹理坐标是STR。
3D坐标中的XYZ映射到纹理坐标是STR.png
-
纹理坐标与顶点的映射关系不一定是方向一模一样，只有存在一一对应的关系就可以。如图所示：
纹理坐标左上角映射到图形的左上角.png
纹理坐标左上角映射到图形的右上角.png
3.2 纹理坐标取值范围
- 纹理坐标的范围是 0 到 1 之间
-
常规情况下，纹理坐标默认左下角为（0，0），右上角为（1，1），如图所示
纹理坐标默认左下角为（0，0）.png
4. 加载一个纹理TGA文件代码示例
// 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
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;
}
4. 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。
//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!==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);
glGetTexLevelParameteriv 提取的压缩参数.png
