OpenGL纹理设置

这篇博客将主要介绍我们组项目中的纹理设置的有关操作。

首先简单地介绍一下纹理。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；我们可以想象纹理是一张绘有砖块的纸，无缝折叠贴合到我们设计的3D的房子上，这样我们的房子看起来就像有砖墙外表了。因为我们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。

在使用纹理前的第一件事就是把我们将要使用的纹理加载到程序中。我们小组采用了图像加载库SOIL库。以下贴出加载纹理的代码

bool Texture2D::Load(const std::string &name) {int width, height;unsigned char* data = SOIL_load_image(name.c_str(), &width, &height, 0, SOIL_LOAD_RGB);glBindTexture(target_, texture_handle_);glTexImage2D(target_, 0, GL_RGB, width, height, 0, GL_RGB, GL_UNSIGNED_BYTE, data);SOIL_free_image_data(data);return true;}

使用SOIL库自带的SOIL_load_image函数加载图片。函数的第一个参数输入图片的存储路径。然后需要两个int指针作为第二个和第三个参数，SOIL会分别返回图片的宽度和高度到其中。后面我们在生成纹理的时候会用图像的宽度和高度。第四个参数指定图片的通道(Channel)数量，但是这里我们只需留为0。最后一个参数告诉SOIL如何来加载图片：我们只关注图片的RGB值。结果会储存为一个很大的char/byte数组。

glTexImage2D(target_, 0, GL_RGB, width, height, 0, GL_RGB, GL_UNSIGNED_BYTE, data);

第一个参数指定了纹理目标(Target)。设置为GL_TEXTURE_2D意味着会生成与当前绑定的纹理对象在同一个目标上的纹理（任何绑定到GL_TEXTURE_1D和GL_TEXTURE_3D的纹理不会受到影响）。

第二个参数为纹理指定多级渐远纹理的级别，如果你希望单独手动设置每个多级渐远纹理的级别的话。这里我们填0，也就是基本级别。

第三个参数告诉OpenGL我们希望把纹理储存为何种格式。我们的图像只有RGB值，因此我们也把纹理储存为RGB值。

第四个和第五个参数设置最终的纹理的宽度和高度。我们之前加载图像的时候储存了它们，所以我们使用对应的变量。

下个参数应该总是被设为0（历史遗留问题）。

第七第八个参数定义了源图的格式和数据类型。我们使用RGB值加载这个图像，并把它们储存为char(byte)数组，我们将会传入对应值。

最后一个参数是真正的图像数据。

在设置纹理时，另外需要设置的重要纹理参数就是纹理过滤方式以及多级渐远纹理。简单来说，纹理过滤方式就是如何将纹理图片中的纹理像素映射到实际的纹理坐标中去。多级渐远处理简单来说，假设一幅画面中有许多个距离观察者距离不同的物体，每个物体上都有纹理。有些物体距离观察者非常远，但如果它们和近处的物理的纹理拥有相同的分辨率，就会显得十分不真实。这时OpenGL需要生成不同的多级渐远纹理，为每个物体找到最适合物体距离的纹理。

switch (min_filter_){case FilterMode::LINEAR:glTexParameteri(target_, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_LINEAR);break;case FilterMode::NEAREST:glTexParameteri(target_, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_NEAREST);break;case FilterMode::NEAREST_MIPMAP_NEAREST:glTexParameteri(target_, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_NEAREST_MIPMAP_NEAREST);break;case FilterMode::NEAREST_MIPMAP_LINEAR:glTexParameteri(target_, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_NEAREST_MIPMAP_LINEAR);break;case FilterMode::LINEAR_MIPMAP_LINEAR:glTexParameteri(target_, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_LINEAR_MIPMAP_LINEAR);break;case FilterMode::LINEAR_MIPMAP_NEARST:glTexParameteri(target_, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_LINEAR_MIPMAP_NEAREST);break;default:break;}

前两个判断语句设置了纹理的纹理过滤，后四个判断语句设置多级渐远纹理。以上是缩小时（GL_TEXTURE_MIN_FILTER）的纹理过滤。设置放大（Magnify）的代码类似，只需将glTexParameteri的第二个参数改为GL_TEXTURE_MAG_FILTER

GL_NEAREST（也叫邻近过滤，Nearest Neighbor Filtering）是OpenGL默认的纹理过滤方式。当设置为GL_NEAREST的时候，OpenGL会选择中心点最接近纹理坐标的那个像素。下图中你可以看到四个像素，加号代表纹理坐标。左上角那个纹理像素的中心距离纹理坐标最近，所以它会被选择为样本颜色：

GL_LINEAR（也叫线性过滤，(Bi)linear Filtering）它会基于纹理坐标附近的纹理像素，计算出一个插值，近似出这些纹理像素之间的颜色。一个纹理像素的中心距离纹理坐标越近，那么这个纹理像素的颜色对最终的样本颜色的贡献越大。下图中你可以看到返回的颜色是邻近像素的混合色：

在渲染中切换多级渐远纹理级别(Level)时，OpenGL在两个不同级别的多级渐远纹理层之间会产生不真实的生硬边界。就像普通的纹理过滤一样，切换多级渐远纹理级别时你也可以在两个不同多级渐远纹理级别之间使用NEAREST和LINEAR过滤。

一共有如下四种多级渐远纹理模式。GL_NEAREST_MIPMAP_NEAREST使用最邻近的多级渐远纹理来匹配像素大小，并使用邻近插值进行纹理采样GL_LINEAR_MIPMAP_NEAREST使用最邻近的多级渐远纹理级别，并使用线性插值进行采样GL_NEAREST_MIPMAP_LINEAR在两个最匹配像素大小的多级渐远纹理之间进行线性插值，使用邻近插值进行采样GL_LINEAR_MIPMAP_LINEAR在两个邻近的多级渐远纹理之间使用线性插值，并使用线性插值进行采样

纹理坐标的着色器也采用了Phong反射模型，大体上与之前介绍的着色器实现相同。下面贴出源码。

#version 330 core// input variables from vertex shder.in vec3 v_position;in vec3 v_normal;in vec2 v_texcoord;// Automatic parameters.uniform vec3 g_camera_position;// Automatic parameters for lighting.struct LightProperties {vec3 ambient;vec3 color;vec3 direction;};const int MAX_LIGHTS = 10;uniform LightProperties g_lights[MAX_LIGHTS];uniform int g_light_count;// Material parameters for phong shading.uniform sampler2D m_diffuse_map;uniform sampler2D m_specular_map;uniform float m_shininess;// output variable about fragment color.out vec4 frag_color;void main(){vec3 ambient = vec3(0.0);vec3 diffuse = vec3(0.0);vec3 specular = vec3(0.0);for (int i = 0; i < g_light_count; i++) {// Get the i-th light.LightProperties light = g_lights[i];vec3 light_direction = -normalize(light.direction);// Calculate the ambient component.ambient += vec3(texture(m_diffuse_map, v_texcoord)) * light.ambient;// Calculate the diffuse component.diffuse += vec3(texture(m_diffuse_map, v_texcoord)) * light.color * max(0, dot(v_normal, light_direction));vec3 half_vector = normalize(light_direction + g_camera_position - v_position);// Calculate the speculat component.specular += vec3(texture(m_specular_map, v_texcoord)) * light.color * pow(max(0, dot(half_vector, v_normal)), m_shininess);}vec3 color = min(ambient + diffuse + specular, vec3(1.0f));frag_color = vec4(color, 1.0);}

和之前博文中提到的着色器的最大区别就是需要多输入一个二维纹理坐标v_textcord，和两个uniform变量的纹理采样器

texture(m_diffuse_map, v_texcoord)

我们使用GLSL内建的texture函数来采样纹理的颜色，它第一个参数是纹理采样器，第二个参数是对应的纹理坐标。texture函数会使用之前设置的纹理参数对相应的颜色值进行采样。这个片段着色器的输出就是纹理的（插值）纹理坐标上的(过滤后的)颜色。