OpenGL纹理

1. 认识函数

像素存储方式

//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)、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,矩形左下⻆角的窗⼝坐标
//参数2:y,矩形左下⻆角的窗⼝坐标
//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，参考 表6-1 //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，参考 表6-2 //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

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);
/*
* target:`GL_TEXTURE_1D`、`GL_TEXTURE_2D`、`GL_TEXTURE_3D`。
* level:指定所加载的mip贴图层次。⼀般我们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
*/

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

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);

// 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。

2. 纹理对象

2.1 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);

2.2 设置纹理参数

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);
//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

2.3 设置过滤方式

邻近过滤(GL_NEAREST)

GL_NEAREST

线性过滤(GL_LINEAR)

GL_LINEAR

GL_NEAREST vs GL_LINEAR

glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_NEAREST) //纹理缩⼩时,使用邻近过滤
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MAG_FILTER, GL_LINEAR) //纹理放大时,使⽤线性过滤

2.4 设置环绕方式

环绕方式

环绕方式效果对比

//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);

2.5 部分枚举

像素格式

像素数据的数据类型

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。

2.6 纹理坐标

2D纹理坐标左下角为 $(0,0)$ ，右上角为 $(1.0, 1.0)$ 。

2D纹理坐标

3D纹理坐标(不常用)：

3D纹理坐标

补充：

顶点坐标: (x, y, z, w)

纹理坐标: (s, t, r, q)

3. 常见纹理使用流程

bool LoadTGATexture(const char *szFileName, GLenum minFilter, GLenum magFilter, GLenum wrapMode)
{
      //1.分配纹理对象 参数1:纹理对象个数，参数2:纹理对象指针
    glGenTextures(1, &textureID);
    //2.绑定纹理状态 参数1：纹理状态2D 参数2：纹理对象
    glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, textureID);
      
      //3、读纹理位，读取像素
    GLbyte *pBits;
    int nWidth, nHeight, nComponents;
    GLenum eFormat;
    //参数1：纹理文件名称
    //参数2：文件宽度地址
    //参数3：文件高度地址
    //参数4：文件组件地址
    //参数5：文件格式地址
    //返回值：pBits,指向图像数据的指针
    pBits = gltReadTGABits(szFileName, &nWidth, &nHeight, &nComponents, &eFormat);
    if(pBits == NULL)
        return false;
    
    //4、设置纹理参数
    //参数1：纹理维度
    //参数2：为S/T坐标设置模式
    //参数3：wrapMode,环绕模式
    glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_S, wrapMode);
    glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_T, wrapMode);
    
    //参数1：纹理维度
    //参数2：线性过滤
    //参数3：wrapMode,环绕模式
    glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, minFilter);
    glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MAG_FILTER, magFilter);

    //5.载入纹理
    //参数1：纹理维度
    //参数2：mip贴图层次
    //参数3：纹理单元存储的颜色成分（从读取像素图是获得）
    //参数4：加载纹理宽
    //参数5：加载纹理高
    //参数6：加载纹理的深度
    //参数7：像素数据的数据类型（GL_UNSIGNED_BYTE，每个颜色分量都是一个8位无符号整数）
    //参数8：指向纹理图像数据的指针
    glTexImage2D(GL_TEXTURE_2D, 0, nComponents, nWidth, nHeight, 0, eFormat, GL_UNSIGNED_BYTE, pBits);
    
    //使用完毕释放pBits
    free(pBits);
    
    //只有minFilter 等于以下四种模式，才可以生成Mip贴图
    //GL_NEAREST_MIPMAP_NEAREST具有非常好的性能，并且闪烁现象非常弱
    //GL_LINEAR_MIPMAP_NEAREST常常用于对游戏进行加速，它使用了高质量的线性过滤器
    //GL_LINEAR_MIPMAP_LINEAR 和GL_NEAREST_MIPMAP_LINEAR 过滤器在Mip层之间执行了一些额外的插值，以消除他们之间的过滤痕迹。
    //GL_LINEAR_MIPMAP_LINEAR 三线性Mip贴图。纹理过滤的黄金准则，具有最高的精度。
    if(minFilter == GL_LINEAR_MIPMAP_LINEAR ||
       minFilter == GL_LINEAR_MIPMAP_NEAREST ||
       minFilter == GL_NEAREST_MIPMAP_LINEAR ||
       minFilter == GL_NEAREST_MIPMAP_NEAREST)
        //6.纹理生成所有的Mip层
        //参数：GL_TEXTURE_1D、GL_TEXTURE_2D、GL_TEXTURE_3D
        glGenerateMipmap(GL_TEXTURE_2D);
 
    return true;
}

对应demo代码。

4. Mipmapping

4.1 简介

Mipmapping是一个功能强大的纹理技术，它可以提高渲染的性能以及提升场景的视觉质量，它可以用来解决一般纹理贴图出现的两个常见问题：

闪烁，当屏幕上被渲染物体的表面与它所应用的纹理图像相比显得非常小时，就会出现闪烁，尤其当相机和物体在移动的时候，这种负面效果更容易出现。
性能问题，加载了大量纹理数据之后，还要对其缩小，在屏幕上显示的只是一小部分，纹理越大，所造成的影响越大。

当加载纹理的时候，不单单加载一个纹理，而是加载一系列从大到小的纹理mipmapped纹理，然后OpenGL会根据给定的几何图像的大小选择最合适的纹理。

mipmap是把纹理按照2的倍数进行缩放，直到图像1x1的大小，然后把这些图都存储起来，当要使用就选择一个合适的图像。但是这会增加一些额外的内存，在正方形的纹理贴图中使用mipmap技术，大概要比原来多出三分之一的内存空间。

mipmap有多少个层级是有glTexImage1D、glTexImage2D载入纹理的第二个参数level决定的。层级从0开始，0，1，2，3这样递增，如果没有使用mipmap技术，只有第0层的纹理会被加载。在默认情况下，为了使用mipmap，所有层级都会被加载，但是我们可以用纹理参数来控制要加载的层级范围。

//GL_TEXTURE_BASE_LEVEL指定最低层级的level
//GL_TEXTURE_MAX_LEVEL指定最高层级的level
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_BASE_LEVEL, 0); 
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MAX_LEVEL, 0);

经过Mipmap的纹理过滤会有更多的过滤选项：

Mipmap纹理过滤

3.2 各向异性过滤

各向异性过滤并非OpenGL核心API的一部分，但其作为扩展被广泛用于提升纹理过滤操作的质量。

OpenGL使用纹理坐标计算得到纹理将映射到几何图形的哪一个片段上。然后通过对该位置周围的纹理元素以GL_NEAREST过滤或GL_LINEAR过滤方式进行采样。

当我们的视角是垂直于该几何图形的时候，这样的方式没有问题。然而当我们的视角与几何图形形成一个斜角的时候，以常规的方式对周边纹理进行采样会丢失一些纹理的信息，它看起来变模糊了。更真实和精确的采样是，沿着平面倾斜的方向，拉长纹理的采样。如下的第二个图：

我们可以把各向异性过滤应用去基本的和mipmap方式的纹理过滤模式上。

我们可以对比一下：

使用GL_NEAREST或GL_LINEAR时，贴图都非常清晰，近处和远处的锐度很高，颗粒度很强，比较假。

GL_NEAREST或GL_LINEAR

使用mipmap技术后，远处的贴图开始变得比较模糊，开始有点符合真实场景了，远处的看不清比较模糊，但有点太模糊了，特别是没多远的贴图也比较模糊。

mipmap技术

使用mipmap技术，同时使用各向异性过滤，效果就比较真实、自然了。

mipmap+各向异性过滤