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OpenGL-12-纹理、纹理API及纹理坐标

一、了解纹理

在OpenGL中,纹理是一种图形数据,主要用于包装不同的物体。

我们来举个例子:装修房子时,各个房间需要贴不同的墙纸。这里的墙纸就是我们说的纹理。

  • 图片要在屏幕上显示,其实都是通过解码成位图,然后进行显示的。一个图像在帧缓冲区的存储空间大小,可以用这个公式进行计算:

图像存储空间 = 图像的高 * 图像的宽 * 每个像素的字节数

  • 在OpenGL中,纹理一般是.TGA文件。在实际iOS开发中,我们使用的是OpenGL ES,可以直接使用png、jpg格式的压缩图片来作为纹理数据。因为系统会把压缩图片通过解码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。

二、纹理相关API

我们先把API中用到的数据表放在前面,方便查阅

像素格式表 和 像素数据类型表

[像素格式-format表]

[像素数据类型-type表]

[举例解读type表]

纹理的使用步骤: 读取文件数据、载入纹理、生成纹理对象,设置纹理相关参数

1、读取纹理数据

1.1 从颜⾊缓冲区中读取文件数据

void glReadPixels(GLint x,GLint y,GLSizei width,GLSizei height, GLenum format, GLenum type,const void * pixels);
/*
//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,如RGBA。参考:像素格式-format表
//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,参考:像素数据类型-type表
//参数7:pixels,指向图形数据的指针
*/
//指定读取的缓存 
glReadBuffer(mode);
//指定写⼊的缓存
glWriteBuffer(mode); 
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1.2 从TGA文件中读取纹理数据

/*
     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
     */
    gltReadTGABits(<#const char *szFileName#>, <#GLint *iWidth#>, <#GLint *iHeight#>, <#GLint *iComponents#>, <#GLenum *eFormat#>)
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2、载入纹理

一般使用 glTexImage2D

//width
void glTexImage1D(GLenum target,GLint level,GLint internalformat,GLsizei width,GLint border,GLenum format,GLenum type,void *data);
//width + height
void glTexImage2D(GLenum target,GLint level,GLint internalformat,GLsizei width,GLsizei height,GLint border,GLenum format,GLenum type,void * data);
//width + height + depth
void glTexImage3D(GLenum target,GLint level,GLint internalformat,GLSizei width,GLsizei height,GLsizei depth,GLint border,GLenum format,GLenum type,void *data);
/*
* 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。
* format、type、data参数:与上面一样
*/

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3、生成纹理

生成纹理有两步:

1、申请分配纹理对象。glGenTextures 2、绑定纹理状态。glBindTexture

3.1 申请分配纹理对象

//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);
//例如:
glGenTextures(1, &textureID);
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3.2 绑定纹理状态

//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);
//例如:
glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, textureID);
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3.3 删除纹理对象

//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);
//例如:
glDeleteTextures(1, &textureID);
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3.4 测试纹理对象是否有效

//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);
//例如:
glIsTexture(textureID);
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4、设置纹理参数

主要是设置纹理在缩小和放大时的过滤方式、x/y轴上的环绕方式。这些都是通过指定参数之,并对应的设置

/*
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
*/
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);

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4.1 过滤方式

常用的有两种:邻近过滤、线性过滤。

  • 邻近过滤(GL_NEAREST):就是选择离当前位置最近的颜色
  • 线性过滤(GL_LINEAR):当前位置周围的所有颜色进行一系列混合计算得到的综合颜色
  • 建议:纹理缩小时,使用邻近过滤,纹理放大时,使用线性过滤

//放大时,用邻近过滤
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D,GL_TEXTURE_MAG_FILTER,GL_NEAREST);
//缩小时,用邻近过滤
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D,GL_TEXTURE_MIN_FILTER,GL_NEAREST);
//放大时,用线性过滤
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D,GL_TEXTURE_MAG_FILTER,GL_LINEAR);
//缩小时,用线性过滤
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D,GL_TEXTURE_MIN_FILTER,GL_LINEAR);
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[2种过滤方式比较]

4.2 环绕方式

环绕方式是指当纹理坐标超出默认范围时,边缘的显示形式

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

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
/*
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);
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[4种环绕方式比较]

接下来继续介绍一下其他的API

5、纹理像素的存储方式

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

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6、更新纹理

参数参考前面的API

//xOffset 
void glTexSubImage1D(GLenum target,GLint level,GLint xOffset,GLsizei width,GLenum format,GLenum type,const GLvoid *data);
//xOffset + yOffset 
void glTexSubImage2D(GLenum target,GLint level,GLint xOffset,GLint yOffset,GLsizei width,GLsizei height,GLenum format,GLenum type,const GLvoid *data);
//xOffset + yOffset + zOffset
void glTexSubImage3D(GLenum target,GLint level,GLint xOffset,GLint yOffset,GLint zOffset,GLsizei width,GLsizei height,GLsizei depth,Glenum type,const GLvoid * data);
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7、插入替换纹理

参数参考前面的API

//xoffset
void glCopyTexSubImage1D(GLenum target,GLint level,GLint xoffset,GLint x,GLint y,GLsizei width);
//xOffset + yOffset 
void glCopyTexSubImage2D(GLenum target,GLint level,GLint xoffset,GLint yOffset,GLint x,GLint y,GLsizei width,GLsizei height);
//xOffset + yOffset + zOffset
void glCopyTexSubImage3D(GLenum target,GLint level,GLint xoffset,GLint yOffset,GLint zOffset,GLint x,GLint y,GLsizei width,GLsizei height)
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8、使用颜色缓冲区加载数据,形成新的纹理使用

参数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数据。

//width
void glCopyTexImage1D(GLenum target,GLint level,GLenum internalformt,GLint x,GLint y,GLsizei width,GLint border);
//width + height
void glCopyTexImage2D(GLenum target,GLint level,GLenum internalformt,GLint x,GLint y,GLsizei width,GLsizei height,GLint border);
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9、压缩纹理

9.1 通⽤压缩纹理格式

9.2 判断压缩 与 选择压缩⽅式

//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);
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9.3 加载压缩纹理

//width 
void glCompressedTexImage1D(GLenum target,GLint level,GLenum internalFormat,GLsizei width,GLint border,GLsizei imageSize,void *data);
//width + heigth 
void glCompressedTexImage2D(GLenum target,GLint level,GLenum internalFormat,GLsizei width,GLint heigth,GLint border,GLsizei imageSize,void *data);
//width + heigth + depth
void glCompressedTexImage3D(GLenum target,GLint level,GLenum internalFormat,GLsizei width,GLsizei heigth,GLsizei depth,GLint border,GLsizei imageSize,void *data);
/*
 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。
format、type、data参数:与我们在讲glDrawPixels 函数对于的参数相同
*/
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9.4 glGetTexLevelParameter函数提取的压缩纹理格式

9.5 GL_EXT_texture_compression_s3tc压缩格式

三、纹理坐标

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关联一个纹理坐标,表示顶点需要从该位置读取纹理图像的数据。

  • 纹理坐标的范围是 0 到 1 之间,
  • 顶点坐标一般是用( x,y,z)描述,而纹理坐标是用( s,t,r)描述
  • 纹理坐标默认左下角为(0,0),即:

左上角(1,0) 右上角(1,1) 左下角(0,0) 左下角(1,0)

  • 另外,纹理坐标的映射关系并不是固定的,可以根据图片不同角度的翻转,进行不同的映射。注意:不能让图片的映射关系交叉。借用下网上找的一张很直观的分析图片来看以下几种映射情况:

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