OpenGL 纹理常用API解析以及使用

从颜色缓存区内容作为像素图直接读取

像素图在内存布局上与位图非常相似，但是每个像素将需要一个以上的存储位来表示。在OpenGL核心版本中，我们无法直接将一个像素图绘制到颜色缓冲区中，但是可以使用下面的函数将颜色缓冲区的内容做完像素图直接读取。

//参数1:x,矩形左下角的窗口坐标
//参数2:y,矩形左下角的窗口坐标
//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
//参数6:type,解释参数pixels指向的数据，它告诉OpenGL使⽤缓存区中的什么数据类型来存储颜⾊分量
//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);

从TGA⽂文件中读取像素图

Targa图像格式是一种方便而且容易使用的图像格式，并且它既支持简单颜色图像，也支持带有alpha值的图像。用下面的函数从磁盘读取tga文件。

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
GLbyte *gltReadTGABits(const char *szFileName, GLint *iWidth, GLint *iHeight, GLint *iComponents, GLenum *eFormat);

载入纹理

在几何图形中应用纹理贴图时，第一个必要步骤就是将纹理载入内存，一旦被载入，这些纹理就会成为当前纹理状态的一部分。有3个函数经常用来从存储器缓冲区中载入纹理数据。

//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。
//border参数:允许为纹理贴图指定一个边界宽度。
//format参数:gltReadTGABits函数中,通过 eFormat 参数返回图片的颜色格式
//type参数:OpenGL 数据存储方式,一般使用 GL_UNSIGNED_BYTE
//data参数:图片数据指针
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);

纹理对象

纹理对象本身就是所谓的纹理状态的一部分，纹理状态包含了纹理图像本身和一组纹理参数，这些参数控制过滤和纹理坐标的行为。

//使用函数分配纹理对象
//指定纹理对象的数量 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);

//删除绑定纹理对象
//纹理对象 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

不同的参数的应用都会影响渲染的规则和纹理贴图的行为。这些纹理参数都是通过glTexParameter函数的变量来进行设置的。

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
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);

放大/缩小过滤方式

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);

S/T轴环绕方式

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

纹理的使用示例

#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);
    
    //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
    pBits = gltReadTGABits(szFileName, &nWidth, &nHeight, &nComponents, &eFormat);
    if(pBits == NULL)
        return false;
    
    //2、设置纹理参数
    glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_S, wrapMode);
    glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_T, wrapMode);
    
    glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, minFilter);
    glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MAG_FILTER, magFilter);

    //3.载入纹理
    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;
}


void SetupRC()
{
    glClearColor(0.7f, 0.7f, 0.7f, 1.0f );
    shaderManager.InitializeStockShaders();
    
    glEnable(GL_DEPTH_TEST);
    
    //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("stone.tga", GL_LINEAR_MIPMAP_NEAREST, GL_LINEAR, GL_CLAMP_TO_EDGE);
    
    //创造金字塔pyramidBatch
    MakePyramid(pyramidBatch);
    
    cameraFrame.MoveForward(-10);
}

void RenderScene(void)
{
    glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT | GL_STENCIL_BUFFER_BIT);
    
    modelViewMatrix.PushMatrix();
    M3DMatrix44f mCamera;
    cameraFrame.GetCameraMatrix(mCamera);
    modelViewMatrix.MultMatrix(mCamera);
    
    M3DMatrix44f mObjectFrame;
    objectFrame.GetMatrix(mObjectFrame);
    modelViewMatrix.MultMatrix(mObjectFrame);
    
    //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();
    
    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)
{
    glViewport(0, 0, w, h);
    
    viewFrustum.SetPerspective(35.0f, float(w) / float(h), 1.0f, 500.0f);
  
    projectionMatrix.LoadMatrix(viewFrustum.GetProjectionMatrix());
    
    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();
    
    return 0;
}

示例效果如下：

纹理效果图1
纹理效果图2