OpenGL 纹理相关API

Perry_6
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什么是纹理

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（texel，相当于基于纹理的像素）填充到实心区域。我们平常简单的把纹理理解为图片，但纹理远远不止是图像数据那么简单，它是大多数现代3D渲染算法的一个关键因素。（举个例子，礼盒，光秃秃的礼盒很显然不好看，但在外面贴上包装🎁就很好看了，贴纸就可以简单的理解为纹理）

纹理相关函数概要

原始图像数据

早期的计算机图形非常简单，图像数据都是由位图（一系列表示开启和关闭像素值的0和1）表示的。在位图中，每个内存块中的每个位都与屏幕上某一个像素的状态一一对应。

像素包装

图像的显示一般是在内存里会转化为位图，以.tga格式存储的，存储图像数据大小计算公式如下：

图像存储空间的大小 = 图像高度的像素点 * 图像宽度的像素点 * 描述每个像素的字节数

在iOS开发中我们通常使用的不是.tga格式的图片，OpenGL ES 可以直接使用.png,.jpg格式的压缩图片作为纹理数据，最终也会在底层被解码成位图，作为纹理显示。

纹理常用API

认识函数

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
//参数2:表示参数GL_UNPACK_ALIGNMENT 设置的值
//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)
glPixelStorei(GL_UNPACK_ALIGNMENT,1);

从颜色缓存区内容作为像素图直接读取

//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，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
//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 
glWriteBuffer(mode);—> 指定写⼊入的缓存

载入纹理

//target:指定纹理应用的纹理模式,一般为 GL_TEXTURE_2D
    //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。)
//border参数:允许为纹理贴图指定⼀个边界宽度，如果不指定，可以直接写0。
//format参数:OpenGL 的像素格式
//type参数: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
//pixels参数: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);


更新纹理，参数同载入纹理
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，参数同载入纹理

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);


使用颜色缓冲区加载数据，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


纹理对象

生成纹理对象
//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

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

设置过滤方式

常用的过滤方式有两种：邻近过滤和线性过滤

  • 邻近过滤（GL_NEAREST）：就是选择离当前位置最近的颜色，最为显著的特征就是当纹理被拉伸到特别大时，所出现的大片斑驳像素。它是我们能够选择的最简单、最快速的过滤方法。
  • 线性过滤（GL_LINEAR）：所有颜色综合后的颜色，类似于颜色混合，最为显著的特征就是当纹理被拉伸时，所出现的“失真”图形，但是，和最邻近过滤模式下所呈现的斑驳状像素块相比较，这种“失真”更接近事实。


两种过滤方式效果对比，如下图：


过滤方式的选择：纹理缩小时，建议使用邻近过滤，纹理放大时，建议使用线性过滤
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D,GL_TEXTURE_MAG_FILTER,GL_NEAREST); //纹理放大时,使⽤线性过滤
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D,GL_TEXTURE_MIN_FILTER,GL_NEAREST); //纹理缩小时,使⽤邻近过滤

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

纹理过滤方式：


设置环绕方式

在正常情况下，是在0.0到1.0的范围之内指定纹理坐标，使它与纹理贴图中的纹理单元形成映射关系。当纹理坐标超出默认范围时，OpenGL则根据当前纹理环绕模式处理这个问题。每种环绕方式有不同的效果，可选的环绕方式有：


4种环绕方式的效果如图所示：

环绕方式的设置：

//参数1: 纹理应用的维度，一般设置的都是 GL_TEXTURE_2D
    // GL_TEXTURE_1D：一维
    // GL_TEXTURE_2D: 二维
    // GL_TEXTURE_3D: 三维 
//参数2: 纹理坐标，一般设置s，t即可
    // GL_TEXTURE_WRAP_S: 对应坐标系中的x轴
    // GL_TEXTURE_T: 对应坐标系中的y轴
    // GL_TEXTURE_R: 对应坐标系中的z轴
//参数3:纹理环绕方式
    // GL_REPEAT:OpenGL 在纹理坐标超过1.0的⽅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);
环绕方式的设置主要是针对x、y轴设置的，而在纹理的描述中使用并不是x，y，而是 s，t
注意：纹理中的 s, t, r, q 对应坐标系中的 x, y, z, w

OpenGL像素格式


OpenGL像素数据的数据类型


UNSIGNED_BYTE_3_3_2 表示8位中3个分量占的个数，第一个分量3、第二个分量3、第三个分量2。

UNSIGNED_BYTE_2_3_3_REV  表示8位中3个分量占的个数，但分量是反过来的，第一个分量2、第二个分量3、第三个分量3。


纹理坐标

纹理坐标描述的是和顶点坐标的一种映射关系。（纹理中的 s, t, r, q 对应坐标系中的 x, y, z, w）


纹理相关API的常见使用流程：

bool LoadTGATexture(const char *szFileName, GLenum minFilter, GLenum magFilter, GLenum wrapMode)
{
      //1.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);
    //2.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);
      
      //3、读纹理位，读取像素
    GLbyte *pBits;
    int nWidth, nHeight, nComponents;
    GLenum eFormat;
    //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;
    
    //4、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：wrapMode,环绕模式
    glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, minFilter);
    glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MAG_FILTER, magFilter);

    //5.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)
        //6.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;
}


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