OpenGL之纹理映射(一)
2015-09-11 21:40
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OpenGl :纹理映射 (texture mapping) (一)
本章你将学到纹理映射基础知识
纹理坐标
纹理对象及绑定
纹理过滤
mipmap和自动生成mipmap
纹理参数, 外包模式, 细节级别
纹理环境和纹理函数
Table of Contents
1 概述2 预备知识: 纹理坐标
3 使用纹理映射
3.1 纹理对象
3.2 纹理绑定
3.3 删除纹理对象
3.4 驻留纹理
3.5 纹理优先级
4 指定纹理
4.1 2D 纹理
4.2 1D 纹理
4.3 3D 纹理
4.4 Cube Map 纹理
5 纹理过滤
6 简单例程
1 概述
概括的说, 纹理映射机制允许你将一个图像关联到一个多边形上,从而呈现出真实视觉效果。例如, 你可以将书的封面图像应用到一个方形上, 这样这个方形看起来就像是一本书了。 你可以将地球的地图通过纹理映射应用到一个球体上, 那么这个球体就是一个3D的具真实感的地球了。纹理映射在当今的3D图形应用上处处皆是。今天的游戏都是通过纹理映射来作为虚拟真实的第一个步骤。纹理映射是一个二维的数组。数组中的每一项称之为纹理点( texel )。 虽然这个数组是二维的, 但是可以映射到非二维的对象上, 如球体或者其他的 3D 对象模型上。
比较常见的是, 开发者在他们的图形应用中运用二维纹理, 当然一维或者三维的纹理也并非未闻。二维纹理有宽度和宽度决定二维。一维纹理也有宽度和高度, 只是高度被设为值 1(单位:像素 pixel). 而三维纹理不仅具有宽度和高度, 还有深度, 所以三维为纹理又称为立体纹理。我们讨论的主要是二维纹理。
2 预备知识: 纹理坐标
在 OpenGl 中是通过指定纹理坐标来将纹理映射到多边形上去的. 在纹理坐标系中, 左下角是 (0,0), 右上角是 (1,1). 2D 纹理的坐标中通过指定 (s,t) (s为x轴上,t为y轴上, 取值0~1). 1D, 3D, 4D纹理坐标系中对应的需要指定 (s), (s,t,r), (s,t, r,q).纹理坐标需要通过函数 glTexCoord() 来设置, 此函数:
void glTexCoord{1234}{sifd}(TYPE coords); |
void glTexCoord{1234}{sifd}v(TYPE coords); |
?
?
3 使用纹理映射
纹理就是应用到多边形上的图像. 这些图像可以从文件中加载, 或是在内存中生成. 一旦你将图像数据加载到了内存中, 你需要指定其为纹理映射来使用它. 指定其为纹理映射, 首先需要生成一个纹理对象, 其中存储着纹理的诸如图像数据, 如何应用等信息.纹理是一个OpenGL状态, 因而通过 glEnable() 和 glDisable() 来开闭, 参数是 GL_TEXTURE_1D, GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_3D, GL_TEXTURE_CUBE_MAP.
3.1 纹理对象
纹理对象是内部数据类型, 存储着纹理数据和选项等. 你不能直接访问它, 但是可以通过一个整数的 ID 来作为其句柄 (handler) 来跟踪之. 为了分配到一个唯一的 ID, OpenGL 提供了glGenTextures() 函数来获取一个有效的 ID 标识值:void glGenTexture(Glsizei n, GLuint *texture); |
分配3个纹理对象 ID:
?
3.2 纹理绑定
在第一次绑定一个纹理对象时, 会将一系列初始值来适应你的应用. 函数 glBindTexture() 用于绑定操作:void glBindTexture(GLenum target, GLuint texture); |
texure 是你希望绑定的纹理对象的 ID.
一个被绑定的纹理对象直到被删除,或被另外的纹理对象绑定到 target 上才被解除绑定. 当一个纹理对象绑定到 target 上后, OpenGL 的后续的纹理操作都是基于这个纹理对象的。
?
3.3 删除纹理对象
创建一个纹理对象后, OpenGL为其分配内存, 所以当不再使用一个纹理对象时, 为防止内存泄露, 必须删除. 删除纹理对象的函数: glDeleteTexture() :void glDeleteTexure(Glsizei n, Gluint *texture); |
3.4 驻留纹理
显卡有一块固定大小的内存区域专门用于存储纹理数据。当数据超量时,会将一部分纹理数据移除到系统内存中(通常是最近最少使用的纹理数据). 当这些移除的纹理被再次使用时,会影响击中率, 因为它们会被再次移入显卡的内存中。你可以查看一个纹理对象是否驻留在显卡内存中未被移出, 通过函数 glAreTexturesResident() :GLboolean glAreTexturesResident (GLsizei n, GLuint *textures, GLboolean *residents); |
3.5 纹理优先级
纹理的优先级是针对驻留显卡内存而言。优先级设置函数 glPrioritizeTextures() :void glPrioritizeTextures (GLsizei n, GLuint *textures, GLclampf *priorities) |
4 指定纹理
OpenGL 提供了三个函数来指定纹理: glTexImage1D(), glTexImage2D(), glTexImage3D(). 这三个版本用于相应维数的纹理, 例如如果纹理是3D纹理,则需要有 glTexImage3D() 来指定。
4.1 2D 纹理
void glTexImage2D (GLenum target, GLint level, GLint internalFormat, GLsizei width, GLsizei height, GLint border, GLenum format, GLenum type, const GLvoid* texels); |
参数 level 指定了纹理映射细节的级别,用在mipmap中。 基本的纹理图像级别为0, 在后面的mipmap部分讲解。
参数 internalFormat 指定了纹理存储在显存中的内部格式, 取值在下表, 为兼容 OpenGL1.0 internalFormat 可以取值 1,2,3,4 分别对应常量 LUMINANCE, LUMINANCE_ALPHA, RGB, RGBA.
格式 | 注解 |
GL_ALPHA | Alpha 值 |
GL_DEPTH_COMPONENT | 深度值 |
GL_LUMINCE | 灰度值 |
GL_LUMINANCE_ALPHA | 灰度值和 Alpha 值 |
GL_INTENSITY | 亮度值 |
GL_RGB | Red, Green, Blue三原色值 |
GL_RGBA | Red, Green, Blue 和 Alpha 值 |
参数 border 注明了纹理是否有边框。无边框取值为 0, 有边框取值为 1, 边框的颜色由 GL_TEXTURE_BORDER_COLOR 选项设置。
接下来的三个参数主要定义了图像数据的格式。
参数 format 定义了图像数据数组 texels 中的格式。可以取值如下:
格式 | 注解 |
GL_COLOR_INDEX | 颜色索引值 |
GL_DEPTH_COMPONENT | 深度值 |
GL_RED | 红色像素值 |
GL_GREEN | 绿色像素值 |
GL_BLUE | 蓝色像素值 |
GL_ALPHA | Alpha 值 |
GL_RGB | Red, Green, Blue 三原色值 |
GL_RGBA | Red, Green, Blue 和 Alpha 值 |
GL_BGR | Blue, Green, Red 值 |
GL_BGRA | Blue, Green, Red 和 Alpha 值 |
GL_LUMINANCE | 灰度值 |
GL_LUMINANCE_ALPHA | 灰度值和 Alpha 值 |
数据类型 | 注解 |
GL_BITMAP | 一位(0或1) |
GL_BYTE | 带符号8位整形值(一个字节) |
GL_UNSIGNED_BYTE | 不带符号8位整形值(一个字节) |
GL_SHORT | 带符号16位整形值(2个字节) |
GL_UNSIGNED_SHORT | 不带符号16未整形值(2个字节) |
GL_INT | 带符号32位整形值(4个字节) |
GL_UNSIGNED_INT | 不带符号32位整形值(4个字节) |
GL_FLOAT | 单精度浮点型(4个字节) |
GL_UNSIGNED_BYTE_3_3_2 | 压缩到不带符号8位整形:R3,G3,B2 |
GL_UNSIGNED_BYTE_2__3_REV | 压缩到不带符号8位整形:B2,G3,R3 |
GL_UNSIGNED_SHORT_5_6_5 | 压缩到不带符号16位整形:R5,G6,B5 |
GL_UNSIGNED_SHORT_5_6_5_REV | 压缩到不带符号16位整形:B5,G6,R5 |
GL_UNSIGNED_SHORT_4_4_4_4 | 压缩到不带符号16位整形:R4,G4,B4,A4 |
GL_UNSIGNED_SHORT_4_4_4_4_REV | 压缩到不带符号16位整形:A4,B4,G4,R4 |
GL_UNSIGNED_SHORT_5_5_5_1 | 压缩到不带符号16位整形:R5,G5,B5,A1 |
GL_UNSIGNED_SHORT_1_5_5_5_REV | 压缩到不带符号16位整形:A1,B5,G5,R5 |
GL_UNSIGNED_INT_8_8_8_8 | 压缩到不带符号32位整形:R8,G8,B8,A8 |
GL_UNSIGNED_INT_8_8_8_8_REV | 压缩到不带符号32位整形:A8,B8,G8,R8 |
GL_UNSIGNED_INT_10_10_10_2 | 压缩到32位整形:R10,G10,B10,A2 |
GL_UNSIGNED_INT_2_10_10_10_REV | 压缩到32位整形:A2,B10,G10,R10 |
最后一个参数是 texels, 这个指针指向实际的图像数据(你自己生成的或是从文件中加载的)。OpenGL 会按照 type 参数指定的格式来读取这些数据,
例如, 假设你加载了一个 RGBA 图像到 textureData 中( 宽高为 textureWidth, textureHeight).你想要用它来指定一个纹理, 可以这样做:
?
4.2 1D 纹理
1D 纹理其实就是 2D 纹理的特殊形式(高度等于1)。这类纹理常常用来描绘颜色边界从而创造出阴影效果。创建 1D 纹理的函数如下:void glTExImage1D (GLenum target, GLint level, GLint internalFormat, GLsizei width, |
GLint border, GLenum format, GLenum type, const GLvoid *texels); |
下面是简单的代码, 用于创建32个纹理点宽度的 RGBA 纹理:
?
4.3 3D 纹理
创建 3D 纹理的函数:glTexImage3D(GLenum target, GLint level, GLint internalFormat, GLsizei width GLsizei height, GLsizei depth, GLint border, GLenum format, GLenum type, const GLvoid *texels); |
下面的代码片段, 用于创建一个 16*16*16 个纹理点的 RGB 纹理:
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4.4 Cube Map 纹理
一个 Cube Map 纹理是由6个2D纹理组成。对应的, 需要通过 glTexImage2D() 来指定6个 target 参数: GL_TEXTURE_CUBE_MAP_POSITIVE_X, GL_TEXTURE_CUBE_MAP_NEGATIVE_X, GL_TEXTURE_CUBE_MAP_POSITIVE_Y, GL_TEXTURE_CUBE_MAP_NEGATIVE_Y, GL_TEXTURE_CUBE_MAP_POSITIVE_Z, GL_TEXTURE_CUBE_MAP_NEGATIVE_Z.
5 纹理过滤
将纹理映射到多边形上, 实际上是将纹理的图像数据空间映射到帧缓冲图像空间上。所以, 你必须保证纹理图像加载完成。 纹理图像被映射到多边形上可能会造成失真。纹理图像映射到多边形上去,屏幕上的一个点可能是纹理点的一个部分(如果视口设置的离纹理很近), 也有可能屏幕上的一个像素点是多个纹理的集合(如果视口设置的足够远). 纹理过滤就是告诉 OpenGL 在纹理到屏幕像素点的映射中如何计算最终显示的图像数据。在纹理过滤中, 放大器处理一个屏幕像素点代表一个纹理点的一部分的情况;缩小器处理一个像素点代表多个纹理点的情况. 你可以通过下面函数来告诉 OpenGL 怎样处理这两种情况:
void glTexParameter{if}(GLenum target, GLenum pname, T param); |
void glTexParameter{if}v(GLenum target, GLenum pname, T params); |
glTexParameter 不仅仅设置放大器和缩小器, 在本章中,由于只涉及纹理,所以只讨论纹理相关的参数取值.
参数 target 指的是纹理目标, 可以是 GL_TEXTURE_1D, GL_TEXTURE_2D*, GL_TEXTURE_3D 或 GL_TEXTURE_CUBE_MAP 。 指定纹理放大过滤器需要指定参数 pname 为 GL_TEXTURE_MAG_FILTER,
指定纹理缩小过滤器需要指定参数 pname 为 GL_TEXTURE_MIN_FILTER.
当指定为 GL_TEXTURE_MAG_FILTER, 参数 param 取值 GL_NEAREST 或 GL_LINEAR. 对放大过滤器而言, 使用 GL_NEAREST 将告诉
OpenGL 使用离像素点中心最近的纹理来渲染, 这被称作 点样( point sampling); 使用 GL_LINEAR 告诉 OpenGL 会使用离像素点中心最近的四个纹理的平均值来渲染. 这被称作 双线性过滤( bilinear filtering)。
缩小过滤器比放大过滤器的取值更广, 下表是指定缩小过滤器时, 参数 param 的取值, 下面表中的值是为了增强渲染质量。
过滤参数 | 注解 |
GL_NEAREST | 使用像素点中心最近的点渲染 |
GL_LINEAR | 使用双线性过滤 |
GL_NEAREST_MIPMAP_NEAREST | |
GL_NEAREST_MIPMAP_LINEAR | |
GL_LINEAR_MIPMAP_NEAREST | |
GL_LINEAR_MIPMAP_LINEAR |
默认情况下, 放大过滤器的参数为 GL_LINEAR, 缩小过滤器为 GL_NEAREST_MIPMAP_LINEAR.
在渲染纹理时, OpenGL 会先检查当前的纹理是否加载完成,同时也会处理其他事情,如在选用缩小过滤器的mipmap处理时会验证mipmap的所有级别是否被定义。 如果纹理未完成, 纹理会被禁用。因为缩小过滤器的缺省值使用mipmap,所以你必须指定所有的mipmap级别或是将缩小过滤器的参数设为 *GL\_LINEAR* 或*GL\_NEAREST*.
6 简单例程
在初始化函数 init() 中创建了纹理对象, 设定了过滤模式:?
继而绑定, 指定缩放器的过滤模式, 最后为纹理指定图像数据(通过 glTexImage2D() ). 然后同样的流程创建了第二个纹理对象, 使用了同样的纹理图像数据。只是缩放器的过滤参数做了下更改。
主要的渲染函数有两个 DrawPlane(), Render() :
?
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