OpenGL之纹理

什么是纹理？（Texture）

概念

• 通常说的纹理，指的是一张二维的图片，把它像贴纸一样贴在图元上面，让图元看起来像贴纸所要表现的效果那样；
• 艺术家和程序员更喜欢使用纹理(Texture)。纹理是一个2D图片（甚至也有1D和3D的纹理），它可以用来添加物体的细节；可以想象成纹理是一张绘有砖块的纸，无缝折叠贴合到3D的房子上，这样房子看起来就像有砖墙外表了。因为可以在一张图片上插入非常多的细节，这样就可以让物体非常精细而不用指定额外的顶点。
• 除了图像以外，纹理也可以被用来储存大量的数据，这些数据可以发送到着色器上；

纹理坐标

• 加载纹理只是在几何图形上应用纹理的第一步，最低限度必须同时提供纹理坐标，并设置纹理坐标环绕模式和纹理过滤；
• 可以选择对纹理进行Mip贴图，以提高纹理贴图性能和/或视觉质量；
• 范围：x和y轴上0到1之间的范围(2D纹理图片)；
• 采样(Sampling)：使用纹理坐标获取纹理颜色；
• 起止：纹理坐标起始于(0,0)也就是纹理图片的左下角，终结于纹理图片的右上角(1,1)；

• 3D纹理坐标(不常用)：

OpenGL像素的格式和数据类型

• “像素格式”说明

像素格式	描述说明
GL_RGB	描述红、绿、蓝顺序排列的颜⾊
GL_RGBA	按照红、绿、蓝、Alpha顺序排列的颜⾊
GL_BGR	按照蓝、绿、红顺序排列颜⾊
GL_BGRA	按照蓝、绿、红、Alpha顺序排列颜⾊
GL_RED	每个像素只包含了⼀个红⾊分量
GL_GREEN	每个像素只包含了⼀个绿⾊分量
GL_BLUE	每个像素只包含了⼀个蓝⾊分量
GL_RG	每个像素依次包含了一个红色和绿色的分量
GL_RED_INTEGER	每个像素包含了一个整数形式的红⾊分量
GL_GREEN_INTEGER	每个像素包含了一个整数形式的绿色分量
GL_BLUE_INTEGER	每个像素包含了一个整数形式的蓝色分量
GL_RG_INTEGER	每个像素依次包含了一个整数形式的红⾊、绿⾊分量
GL_RGB_INTEGER	每个像素包含了一个整数形式的红⾊、蓝⾊、绿色分量
GL_RGBA_INTEGER	每个像素包含了一个整数形式的红⾊、蓝⾊、绿⾊、Alpah分量
GL_BGR_INTEGER	每个像素包含了一个整数形式的蓝⾊、绿⾊、红色分量
GL_BGRA_INTEGER	每个像素包含了一个整数形式的蓝⾊、绿⾊、红色、Alpah分量
GL_STENCIL_INDEX	每个像素只包含了一个模板值
GL_DEPTH_COMPONENT	每个像素只包含一个深度值
GL_DEPTH_STENCIL	每个像素包含一个深度值和一个模板值

• “像素数据类型”说明

像素数据类型	说明
GL_UNSIGNED_BYTE	每种颜色分量都是一个8位无符号整数
GL_BYTE	8位有符号整数
GL_UNSIGNED_SHORT	16位无符号整数
GL_SHORT	16位有符号整数
CL_UNSIGNED_INT	32位无符号整数
GL_INT	32位有符号整数
GL_FLOAT	单精度浮点数
GL_HALF_FLOAT	半精度浮点数
GL_UNSIGNED_BYTE_3_2_3	包装的RGB值
GL_UNSIGNED_BYTE_2_3_3_REV	包装的RGB值
GL_UNSIGNED_SHORT_5_6_5	包装的RGB值
GL_UNSIGNED_SHORT_5_6_5_REV	包装的RGB值
GL_UNSIGNED_SHORT_4_4_4_4	包装的RGB值
GL_UNSIGNED_SHORT_4_4_4_4_REV	包装的RGB值
GL_UNSIGNED_SHORT_5_5_5_1	包装的RGB值
GL_UNSIGNED_SHORT_1_5_5_5_REV	包装的RGB值
GL_UNSIGNED_INT_8_8_8_8	包装的RGB值
GL_UNSIGNED_INT_8_8_8_8_REV	包装的RGB值
GL_UNSIGNED_INT_10_10_10_2	包装的RGB值
GL_UNSIGNED_INT_2_10_10_10_REV	包装的RGB值
GL_UNSIGNED_INT_24_8	包装的RGB值
GL_UNSIGNED_INT_10F_11F_REV	包装的RGB值
GL_FLOAT_24_UNSIGNED_INT_24_8_REV	包装的RGB值

• 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。

纹理常用API

常用函数

• 像素存储放式

// 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，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:`GL_TEXTURE_1D`、`GL_TEXTURE_2D`、`GL_TEXTURE_3D`。
* level:指定所加载的mip贴图层次。⼀般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 旧版本上的遗留留下的⼀个要求。当然现在已经可以⽀支持不不是 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
*/

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

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);

• 使用颜⾊缓存区加载数据，形成新的纹理使用

// 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
// 不存在glCopyTextImage3D ，因为无法从2D颜⾊缓存区中获取体积数据
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);

纹理对象

一、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);

二、设置纹理参数

// 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);

三、设置过滤方式

• 邻近过滤(GL_NEAREST)
  
• 线性过滤(GL_LINEAR)
  
• 两种纹理过滤⽅式⽐较
  

// 纹理缩⼩时,使用邻近过滤
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_NEAREST) 

// 纹理放大时,使⽤线性过滤
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MAG_FILTER, GL_LINEAR) 

四、设置环绕方式

• 环绕方式说明

环绕方式	描述说明
GL_REPEAT	对纹理的默认行为，重复纹理图像
GL_MIRRORED_REPEAT	和GL_REPEAT一样，但每次重复图片是镜像放置的
GL_CLAMP_TO_EDGE	纹理坐标会被约束到0和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

• 当纹理坐标超出默认范围时，每个选项都有不同的视觉效果输出，来看下面的效果对比：

• 设置环绕方式API

// 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
// 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:在纹理坐标在0.0到1.0范围之外的只使⽤用边界纹理单元。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);