OpenGL学习笔记(十二)：纹理的使用

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OpenGL学习笔记(十二)：纹理的使用

前话

        上一章节，编写了我们自己的着色器类，接下来进行纹理的学习。

基础程序

        本章节基础程序使用《OpenGL学习笔记(十一)：封装自己的着色器类》完成的demo。（CSDN目前无法设置免积分下载，读者也可以使用笔记十的，按照笔记十一完成即可）：

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demo下载：http://download.csdn.net/download/qq21497936/10227234

本章完成的Demo

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纹理

        为了让图形更加生动，需要添加更多的顶点和图形的细节，才能创建出图像。但是，如果想让图形看起来更加真实，我们则必须使用足够多的顶点，从而指定足够多的颜色，即每个图形需要更多的顶点，每个顶点又需求一个颜色属性。

        为了减少工作量，我们使用纹理（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；我们可以想象一张画有窗户纸（window.jpg），把他贴在墙上，这样墙上看起来就像有窗户了，而这张图片我们可以插入非常多的细节，这样就可以让物体非常精细而不用指定额外的顶点。

        下面是一张窗户图片：

        为了能够把纹理映射（Map）到三角形上，我们需要指定三角形的每个顶点各自对应纹理的哪个部分。这样每个顶点就会关联一个纹理坐标（Texture Coordinate），用来标明该从纹理图像的哪个部分采样。之后再图形的其他片段上进行片段插值（FragmentInterpolation）。

        纹理坐标再x和y轴上，范围为0-1之间（使用的是2D纹理），使用纹理坐标获取纹理颜色叫做采样（Sampling），纹理坐标起始于（0,0）也就是纹理图片的左下角，终于右上角（1,1）：

        我们为四边形指定3个坐标纹理，如上图，我们只要给顶点着色器传递这三个纹理坐标就行了，接下来它们会被传到片段着色器中，它会为每个片段进行纹理坐标的插值。

float vertices[] = {
//    三角形坐标            颜色           纹理坐标
    -0.5f, 0.0f, 0.0f,     1.0f, 0.0f, 0.0f,        0.0f,0.0f,
     0.5f, 0.0f, 0.0f,     0.0f, 1.0f, 0.0f,        1.0f,0.0f,
     0.0f, 0.866f, 0.0f,   0.0f, 0.0f, 1.0f,        0.5f,1.0f
};

        对纹理采样的解释非常宽松，它可以采用集中不同的插值方式，所以我们需要自己告诉OpenGL该怎样对纹理采样，即纹理环绕方式，这个笔记将会在后续章节统一对纹理的处理进行笔记讲解，现在我们直接加载与创建纹理，并查看实现的效果。

加载和创建纹理

        使用纹理，需要把纹理加载到应用程序当中。纹理图像可被存储为各种各样的格式，每种都有自己的数据结构和排列。有两种方案：

• 写自己的加载器个根据格式转换为字节序列（不难，但挺麻烦）；

• 使用一个支持多种流行格式的图像加载库来为我们加载，我们用stb_image.h库。

stb_image.h

        stb_image.h是一个非常流行的单头文件图像加载库，它能够加载大部分流行的文件格式，并且能够简单的整合到工程当中。

stb_image.h下载地址：https://github.com/nothings/stb/blob/master/stb_image.h

        新建一个C++头文件，stb_image.h，直接将内容复制进去（C++头文件预编译宏留着），添加一个宏定义STB_IMAGE_IMPLEMENTATION。

        通过定义STB_IMAGE_IMPLEMENTATION，预处理器会修改头文件，让其只包含相关的函数定义源码，等于是将这个头文件变为一个 .cpp 文件了。现在只需要在你的程序中包含stb_image.h并编译就可以了。

int width, height, nrChannels;
unsigned char *data = stbi_load("./image/window.jpg", &width, &height, &nrChannels, 0);

        这个函数首先接受一个图像文件的位置作为输入。接下来它需要三个int作为它的第二、第三和第四个参数，stb_image.h将会用图像的宽度、高度和颜色通道的个数填充这三个变量。

         我们之后生成纹理的时候会用到的 图像的宽度和高度的。

生成纹理

        和之前生成其他对象一样，也是使用ID引用的。

unsigned int texture;
glGenTextures(1, &texture);

        glGenTextures函数首先需要输入生成纹理的数量，然后把它们储存在第二个参数的unsigned int数组中（我们的例子中只是单独的一个unsigned int），就像其他对象一样，我们需要绑定它，让之后任何的纹理指令都可以配置当前绑定的纹理：

glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, texture);

        现在纹理已经绑定了，我们可以使用前面载入的图片数据生成一个纹理了。纹理可以通过glTexImage2D来生成：

glTexImage2D(GL_TEXTURE_2D, 0, GL_RGB, width, height, 0, GL_RGB, GL_UNSIGNED_BYTE, data);
glGenerateMipmap(GL_TEXTURE_2D);

• 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。
• 第六个参数应该总是被设为0（历史遗留的问题）。
• 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。

          当调用glTexImage2D时，当前绑定的纹理对象就会被附加上纹理图像。

应用纹理

         我们添加了一个额外的顶点属性，我们必须告诉 OpenGL 我们新的顶点格式：

glVertexAttribPointer(2, 2, GL_FLOAT, GL_FALSE, 8 * sizeof(float), (void*)(6 * sizeof(float))); glEnableVertexAttribArray(2);

顶点着色器修改

#version 330 core

layout (location = 0) in vec3 aPos;
layout (location = 1) in vec3 aColor;
layout (location = 2) in vec2 aTexCoord;

out vec3 ourColor; // 向着色器输出一个颜色
out vec2 texCoord; // 向着色器输出一个纹理坐标

void main()
{
    gl_Position = vec4(aPos.x, aPos.y, aPos.z, 1.0);
    ourColor = aColor; // 将ourColor设置为我们从顶点数据那里得到的输入颜色
    texCoord = aTexCoord; // 将textCoord设置为我们从顶点数据那里得到的输入纹理坐标
}

片段着色器修改

#version 330 core

out vec4 FragColor;

in vec3 ourColor;
in vec2 texCoord;

uniform sampler2D ourTexture;

void main()
{
    FragColor = texture(ourTexture, texCoord);
}

效果截图

看图是不是比我们预期的效果Y轴反了？

        因为OpenGL纹理贴图左下角是(0.0)，y轴向上是正，而stb_image.h加载图片是以左上角的(0,0)，y轴向下是正，庆幸的是，stb_image.h提供给我们翻转Y轴的方法（不然我们就得修改顶点缓存或者对着色器动刀子了）：

stbi_set_flip_vertically_on_load(true);

对顶点数据进行优化

#if 1
    float vertices[] = {
//            三角形坐标            颜色                纹理坐标
        -0.5f,   -0.5f, 0.0f,  1.0f, 0.0f, 0.0f,        0.0f,0.0f,
         0.5f,   -0.5f, 0.0f,  0.0f, 1.0f, 0.0f,        1.0f,0.0f,
         0.0f,   1.0f, 0.0f,  0.0f, 0.0f, 1.0f,        0.5f,1.0f
    };
#else
    float vertices[] = {
//            三角形坐标            颜色                纹理坐标
        -0.5f,   0.0f, 0.0f,  1.0f, 0.0f, 0.0f,        0.0f,0.0f,
         0.5f,   0.0f, 0.0f,  0.0f, 1.0f, 0.0f,        1.0f,0.0f,
         0.0f, 0.866f, 0.0f,  0.0f, 0.0f, 1.0f,        0.5f,1.0f
    };
#endif

Demo最终效果截图

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