opengl 纹理知识点

 

2、纹理坐标
我们先来回忆一下之前学过的一点内容：
当我们绘制一个三角形时，只需要指定三个顶点的颜色。三角形中其它各点的颜色不需要我们指定，这些点的颜色是OpenGL自己通过计算得到的。
在我们学习OpneGL光照时，法线向量、材质的指定，都是只需要在顶点处指定一下就可以了，其它地方的法线向量和材质都是OpenGL自己通过计算去获得。

纹理的使用方法也与此类似。只要指定每一个顶点在纹理图象中所对应的像素位置，OpenGL就会自动计算顶点以外的其它点在纹理图象中所对应的像素位置。
这听起来比较令人迷惑。我们可以这样类比一下：
在绘制一条线段时，我们设置其中一个端点为红色，另一个端点为绿色，则OpenGL会自动计算线段中其它各像素的颜色，如果是使用glShadeMode(GL_SMOOTH);，则最终会形成一种渐变的效果（例如线段中点，就是红色和绿色的中间色）。
类似的，在绘制一条线段时，我们设置其中一个端点使用“纹理图象中最左下角的颜色”作为它的颜色，另一个端点使用“纹理图象中最右上角的颜色”作为它的颜色，则OpenGL会自动在纹理图象中选择合适位置的颜色，填充到线段的各个像素（例如线段中点，可能就是选择纹理图象中央的那个像素的颜色）。

我们在类比时，使用了“纹理图象中最左下角的颜色”这种说法。但这种说法在很多时候不够精确，我们需要一种精确的方式来表示我们究竟使用纹理中的哪个像素。纹理坐标也就是因为这样的要求而产生的。以二维纹理为例，规定纹理最左下角的坐标为(0, 0)，最右上角的坐标为(1, 1)，于是纹理中的每一个像素的位置都可以用两个浮点数来表示（三维纹理会用三个浮点数表示，一维纹理则只用一个即可）。
使用glTexCoord*系列函数来指定纹理坐标。这些函数的用法与使用glVertex*系列函数来指定顶点坐标十分相似。例如：glTexCoord2f(0.0f, 0.0f);指定使用(0, 0)纹理坐标。
通常，每个顶点使用不同的纹理，于是下面这样形式的代码是比较常见的。

glBegin( /* ... */ );
     glTexCoord2f( /* ... */ );   glVertex3f( /* ... */ );
     glTexCoord2f( /* ... */ );   glVertex3f( /* ... */ );
     /* ... */
glEnd();

当我们用一个坐标表示顶点在三维空间的位置时，可以使用glRotate*等函数来对坐标进行转换。纹理坐标也可以进行这种转换。只要使用glMatrixMode(GL_TEXTURE);，就可以切换到纹理矩阵（另外还有透视矩阵GL_PROJECTION和模型视图矩阵GL_MODELVIEW，详细情况在第五课有讲述），然后glRotate*，glScale*，glTranslate*等操作矩阵的函数就可以用来处理“对纹理坐标进行转换”的工作了。在简单应用中，可能不会对矩阵进行任何变换，这样考虑问题会比较简单。
3、纹理参数
到这里，入门所需要掌握的所有难点都被我们掌握了。但是，我们的知识仍然是不够的，如果仅利用现有的知识去使用纹理的话，你可能会发现纹理完全不起作用。这是因为在使用纹理前还有某些参数是必须设置的。
使用glTexParameter*系列函数来设置纹理参数。通常需要设置下面四个参数：
GL_TEXTURE_MAG_FILTER：指当纹理图象被使用到一个大于它的形状上时（即：有可能纹理图象中的一个像素会被应用到实际绘制时的多个像素。例如将一幅256*256的纹理图象应用到一个512*512的正方形），应该如何处理。可选择的设置有GL_NEAREST和GL_LINEAR，前者表示“使用纹理中坐标最接近的一个像素的颜色作为需要绘制的像素颜色”，后者表示“使用纹理中坐标最接近的若干个颜色，通过加权平均算法得到需要绘制的像素颜色”。前者只经过简单比较，需要运算较少，可能速度较快，后者需要经过加权平均计算，其中涉及除法运算，可能速度较慢（但如果有专门的处理硬件，也可能两者速度相同）。从视觉效果上看，前者效果较差，在一些情况下锯齿现象明显，后者效果会较好（但如果纹理图象本身比较大，则两者在视觉效果上就会比较接近）。
GL_TEXTURE_MIN_FILTER：指当纹理图象被使用到一个小于（或等于）它的形状上时（即有可能纹理图象中的多个像素被应用到实际绘制时的一个像素。例如将一幅256*256的纹理图象应用到一个128*128的正方形），应该如何处理。可选择的设置有GL_NEAREST，GL_LINEAR，GL_NEAREST_MIPMAP_NEAREST，GL_NEAREST_MIPMAP_LINEAR，GL_LINEAR_MIPMAP_NEAREST和GL_LINEAR_MIPMAP_LINEAR。其中后四个涉及到mipmap，现在暂时不需要了解。前两个选项则和GL_TEXTURE_MAG_FILTER中的类似。此参数似乎是必须设置的（在我的计算机上，不设置此参数将得到错误的显示结果，但我目前并没有找到根据）。
GL_TEXTURE_WRAP_S：指当纹理坐标的第一维坐标值大于1.0或小于0.0时，应该如何处理。基本的选项有GL_CLAMP和GL_REPEAT，前者表示“截断”，即超过1.0的按1.0处理，不足0.0的按0.0处理。后者表示“重复”，即对坐标值加上一个合适的整数（可以是正数或负数），得到一个在[0.0, 1.0]范围内的值，然后用这个值作为新的纹理坐标。例如：某二维纹理，在绘制某形状时，一像素需要得到纹理中坐标为(3.5, 0.5)的像素的颜色，其中第一维的坐标值3.5超过了1.0，则在GL_CLAMP方式中将被转化为(1.0, 0.5)，在GL_REPEAT方式中将被转化为(0.5, 0.5)。在后来的OpenGL版本中，又增加了新的处理方式，这里不做介绍。如果不指定这个参数，则默认为GL_REPEAT。
GL_TEXTURE_WRAP_T：指当纹理坐标的第二维坐标值大于1.0或小于0.0时，应该如何处理。选项与GL_TEXTURE_WRAP_S类似，不再重复。如果不指定这个参数，则默认为GL_REPEAT。

设置参数的代码如下所示：

glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_S, GL_REPEAT);

4、纹理对象
前面已经提到过，载入一幅纹理所需要的时间是比较多的。因此应该尽量减少载入纹理的次数。如果只有一幅纹理，则应该在第一次绘制前就载入它，以后就不需要再次载入了。这点与glDrawPixels函数很不相同。每次使用glDrawPixels函数，都需要把像素数据重新载入一次，因此用glDrawPixels函数来反复绘制图象的效率是较低的（如果只绘制一次，则不会有此问题），使用纹理来反复绘制图象是可取的做法。
但是，在每次绘制时要使用两幅或更多幅的纹理时，这个办法就行不通了。你可能会编写下面的代码：

glTexImage2D( /* ... */ ); // 载入第一幅纹理
// 使用第一幅纹理
glTexImage2D( /* ... */ ); // 载入第二幅纹理
// 使用第二幅纹理
// 当纹理的数量增加时，这段代码会变得更加复杂。

在绘制动画时，由于每秒钟需要将画面绘制数十次，因此如果使用上面的代码，就会反复载入纹理，这对计算机是非常大的负担，以目前的个人计算机配置来说，根本就无法让动画能够流畅的运行。因此，需要有一种机制，能够在不同的纹理之间进行快速的切换。

纹理对象正是这样一种机制。我们可以把每一幅纹理（包括纹理的像素数据、纹理大小等信息，也包括了前面所讲的纹理参数）放到一个纹理对象中，通过创建多个纹理对象来达到同时保存多幅纹理的目的。这样一来，在第一次使用纹理前，把所有的纹理都载入，然后在绘制时只需要指明究竟使用哪一个纹理对象就可以了。

使用纹理对象和使用显示列表有相似之处：使用一个正整数来作为纹理对象的编号。在使用前，可以调用glGenTextures来分配纹理对象。该函数有两种比较常见的用法：

GLuint texture_ID;
glGenTextures(1, &texture_ID); // 分配一个纹理对象的编号

或者：

GLuint texture_ID_list[5];
glGenTextures(5, texture_ID_list); // 分配5个纹理对象的编号

零是一个特殊的纹理对象编号，表示“默认的纹理对象”，在分配正确的情况下，glGenTextures不会分配这个编号。与glGenTextures对应的是glDeleteTextures，用于销毁一个纹理对象。

在分配了纹理对象编号后，使用glBindTexture函数来指定“当前所使用的纹理对象”。然后就可以使用glTexImage*系列函数来指定纹理像素、使用glTexParameter*系列函数来指定纹理参数、使用glTexCoord*系列函数来指定纹理坐标了。如果不使用glBindTexture函数，那么glTexImage*、glTexParameter*、glTexCoord*系列函数默认在一个编号为0的纹理对象上进行操作。glBindTexture函数有两个参数，第一个参数是需要使用纹理的目标，因为我们现在只学习二维纹理，所以指定为GL_TEXTURE_2D，第二个参数是所使用的纹理的编号。
使用多个纹理对象，就可以使OpenGL同时保存多个纹理。在使用时只需要调用glBindTexture函数，在不同纹理之间进行切换，而不需要反复载入纹理，因此动画的绘制速度会有非常明显的提升。典型的代码如下所示：

// 在程序开始时：分配好纹理编号，并载入纹理
glGenTextures( /* ... */ );
glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, texture_ID_1);
// 载入第一幅纹理
glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, texture_ID_2);
// 载入第二幅纹理

// 在绘制时，切换并使用纹理，不需要再进行载入
glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, texture_ID_1); // 指定第一幅纹理
// 使用第一幅纹理
glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, texture_ID_2); // 指定第二幅纹理
// 使用第二幅纹理

提示：纹理对象是从OpenGL 1.1版开始才有的，最旧版本的OpenGL 1.0并没有处理纹理对象的功能。不过，我想各位的机器不会是比OpenGL 1.1更低的版本（Windows 95就自带了OpenGL 1.1版本，遗憾的是，Microsoft对OpenGL的支持并不积极，Windows XP也还采用1.1版本。据说Vista使用的是OpenGL 1.4版。当然了，如果安装显卡驱动的话，现在的主流显卡一般都附带了适用于该显卡的OpenGL 1.4版或更高版本），所以这个问题也就不算是问题了。