openGL之纹理

openGL纹理

前提背景：在openGL中，我们为每个顶点添加颜色来增加图形细节，但是如果想要接近真实场景，就需要足够多的顶点，从而指定足够多的颜色。这将产生额外开销，每个模型都需要很多顶点，每个顶点都需要一个颜色。

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。顶点坐标组成的图形(比如三角形)，每个顶点指定一个颜色，通过片段着色器(插值)将三角形着色为渐变的颜色的三角形。而模型都是由多个三角形绘制而成，如果每个顶点都指定一个颜色，开销比较大。而使用纹理就相当于把一张图贴到你的三角形上，因为一张图像上细节很多看起来更逼真。

注意：除了图像以外，纹理也可以被用来储存大量的数据，这些数据可以发送到着色器上，这里先不涉及到这些。

下面列举一个三角形上贴一个纹理例子：
为了能够将纹理(如果觉得不好理解，就设想成一张图像)映射到三角形上，需要指定三角形每个顶点在纹理上对应的位置，这里给这个“位置”叫做纹理坐标。这样每个顶点都关联着一个纹理坐标(Texture Coordinate)，用来标明从纹理图像上哪个部分采样。之后在图形片段上进行采样。

纹理坐标在x和y轴上，范围为0到1之间（注意我们使用的是2D纹理图像）。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，终始于(1, 1)，即纹理图片的右上角。下面的图片展示了我们是如何把纹理坐标映射到三角形上的。

只需要给三个顶点指定三个纹理坐标，然后它们传至片段着色器中，它会为每个片段进行纹理坐标的插值。

纹理环绕方式：
纹理坐标的范围通常是从(0, 0)到(1, 1)，那如果我们把纹理坐标设置在范围之外会发生什么？OpenGL默认的行为是重复这个纹理图像（我们基本上忽略浮点纹理坐标的整数部分），但OpenGL提供了更多的选择：
GL_REPEAT 对纹理的默认行为。重复纹理图像。
GL_MIRRORED_REPEAT 和GL_REPEAT一样，但每次重复图片是镜像放置的。
GL_CLAMP_TO_EDGE 纹理坐标会被约束在0到1之间，超出的部分会重复纹理坐标的边缘，产生一种边缘被拉伸的效果。
GL_CLAMP_TO_BORDER 超出的坐标为用户指定的边缘颜色。

对应函数

glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_S, GL_MIRRORED_REPEAT);
1

但是如果是需要指定边缘颜色GL_CLAMP_TO_BORDER，则需要再自定义颜色

float borderColor[] = { 1.0f, 1.0f, 0.0f, 1.0f };
glTexParameterfv(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_BORDER_COLOR, borderColor);
1
2

纹理过滤方式
纹理坐标不依赖于分辨率(Resolution)，它可以是任意浮点值，所以OpenGL需要知道怎样将纹理像素(Texture Pixel，也叫Texel)映射到纹理坐标。这里介绍两种方式：GL_NEAREST和GL_LINEAR。

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：

如果学过图像算法的，可以看出有点类似邻近线性插值，邻近插值。

今天先写到这里~

关于纹理的例子代码

#include 
#include 
#include 

#include 

#include 

void framebuffer_size_callback(GLFWwindow* window, int width, int height);
void processInput(GLFWwindow *window);

// settings
const unsigned int SCR_WIDTH = 800;
const unsigned int SCR_HEIGHT = 600;

int main()
{
    // glfw: initialize and configure
    // ------------------------------
    glfwInit();
    glfwWindowHint(GLFW_CONTEXT_VERSION_MAJOR, 3);
    glfwWindowHint(GLFW_CONTEXT_VERSION_MINOR, 3);
    glfwWindowHint(GLFW_OPENGL_PROFILE, GLFW_OPENGL_CORE_PROFILE);

#ifdef __APPLE__
    glfwWindowHint(GLFW_OPENGL_FORWARD_COMPAT, GL_TRUE);
#endif

    // glfw window creation
    // --------------------
    GLFWwindow* window = glfwCreateWindow(SCR_WIDTH, SCR_HEIGHT, "LearnOpenGL", NULL, NULL);
    if (window == NULL)
    {
        std::cout << "Failed to create GLFW window" << std::endl;
        glfwTerminate();
        return -1;
    }
    glfwMakeContextCurrent(window);
    glfwSetFramebufferSizeCallback(window, framebuffer_size_callback);

    // glad: load all OpenGL function pointers
    // ---------------------------------------
    if (!gladLoadGLLoader((GLADloadproc)glfwGetProcAddress))
    {
        std::cout << "Failed to initialize GLAD" << std::endl;
        return -1;
    }

    // build and compile our shader zprogram
    // ------------------------------------
    Shader ourShader("4.2.texture.vs", "4.2.texture.fs");

    // set up vertex data (and buffer(s)) and configure vertex attributes
    // ------------------------------------------------------------------
    float vertices[] = {
        // positions          // colors           // texture coords
         0.5f,  0.5f, 0.0f,   1.0f, 0.0f, 0.0f,   1.0f, 1.0f, // top right
         0.5f, -0.5f, 0.0f,   0.0f, 1.0f, 0.0f,   1.0f, 0.0f, // bottom right
        -0.5f, -0.5f, 0.0f,   0.0f, 0.0f, 1.0f,   0.0f, 0.0f, // bottom left
        -0.5f,  0.5f, 0.0f,   1.0f, 1.0f, 0.0f,   0.0f, 1.0f  // top left 
    };
    unsigned int indices[] = {
        0, 1, 3, // first triangle
        1, 2, 3  // second triangle
    };
    unsigned int VBO, VAO, EBO;
    glGenVertexArrays(1, &VAO);
    glGenBuffers(1, &VBO);
    glGenBuffers(1, &EBO);

    glBindVertexArray(VAO);

    glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, VBO);
    glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(vertices), vertices, GL_STATIC_DRAW);

    glBindBuffer(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, EBO);
    glBufferData(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, sizeof(indices), indices, GL_STATIC_DRAW);

    // position attribute
    glVertexAttribPointer(0, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 8 * sizeof(float), (void*)0);
    glEnableVertexAttribArray(0);
    // color attribute
    glVertexAttribPointer(1, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 8 * sizeof(float), (void*)(3 * sizeof(float)));
    glEnableVertexAttribArray(1);
    // texture coord attribute
    glVertexAttribPointer(2, 2, GL_FLOAT, GL_FALSE, 8 * sizeof(float), (void*)(6 * sizeof(float)));
    glEnableVertexAttribArray(2);


    // load and create a texture 
    // -------------------------
    unsigned int texture1, texture2;
    // texture 1
    // ---------
    glGenTextures(1, &texture1);
    glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, texture1); 
     // set the texture wrapping parameters
    glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_S, GL_REPEAT);	// set texture wrapping to GL_REPEAT (default wrapping method)
    glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_T, GL_REPEAT);
    // set texture filtering parameters
    glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_LINEAR);
    glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MAG_FILTER, GL_LINEAR);
    // load image, create texture and generate mipmaps
    int width, height, nrChannels;
    stbi_set_flip_vertically_on_load(true); // tell stb_image.h to flip loaded texture's on the y-axis.
    // The FileSystem::getPath(...) is part of the GitHub repository so we can find files on any IDE/platform; replace it with your own image path.
    unsigned char *data = stbi_load(FileSystem::getPath("resources/textures/container.jpg").c_str(), &width, &height, &nrChannels, 0);
    if (data)
    {
        glTexImage2D(GL_TEXTURE_2D, 0, GL_RGB, width, height, 0, GL_RGB, GL_UNSIGNED_BYTE, data);
        glGenerateMipmap(GL_TEXTURE_2D);
    }
    else
    {
        std::cout << "Failed to load texture" << std::endl;
    }
    stbi_image_free(data);
    // texture 2
    // ---------
    glGenTextures(1, &texture2);
    glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, texture2);
    // set the texture wrapping parameters
    glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_S, GL_REPEAT);	// set texture wrapping to GL_REPEAT (default wrapping method)
    glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_T, GL_REPEAT);
    // set texture filtering parameters
    glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_LINEAR);
    glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MAG_FILTER, GL_LINEAR);
    // load image, create texture and generate mipmaps
    data = stbi_load(FileSystem::getPath("resources/textures/awesomeface.png").c_str(), &width, &height, &nrChannels, 0);
    if (data)
    {
        // note that the awesomeface.png has transparency and thus an alpha channel, so make sure to tell OpenGL the data type is of GL_RGBA
        glTexImage2D(GL_TEXTURE_2D, 0, GL_RGBA, width, height, 0, GL_RGBA, GL_UNSIGNED_BYTE, data);
        glGenerateMipmap(GL_TEXTURE_2D);
    }
    else
    {
        std::cout << "Failed to load texture" << std::endl;
    }
    stbi_image_free(data);

    // tell opengl for each sampler to which texture unit it belongs to (only has to be done once)
    // -------------------------------------------------------------------------------------------
    ourShader.use(); // don't forget to activate/use the shader before setting uniforms!
    // either set it manually like so:
    glUniform1i(glGetUniformLocation(ourShader.ID, "texture1"), 0);
    // or set it via the texture class
    ourShader.setInt("texture2", 1);



    // render loop
    // -----------
    while (!glfwWindowShouldClose(window))
    {
        // input
        // -----
        processInput(window);

        // render
        // ------
        glClearColor(0.2f, 0.3f, 0.3f, 1.0f);
        glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);

        // bind textures on corresponding texture units
        glActiveTexture(GL_TEXTURE0);
        glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, texture1);
        glActiveTexture(GL_TEXTURE1);
        glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, texture2);

        // render container
        ourShader.use();
        glBindVertexArray(VAO);
        glDrawElements(GL_TRIANGLES, 6, GL_UNSIGNED_INT, 0);

        // glfw: swap buffers and poll IO events (keys pressed/released, mouse moved etc.)
        // -------------------------------------------------------------------------------
        glfwSwapBuffers(window);
        glfwPollEvents();
    }

    // optional: de-allocate all resources once they've outlived their purpose:
    // ------------------------------------------------------------------------
    glDeleteVertexArrays(1, &VAO);
    glDeleteBuffers(1, &VBO);
    glDeleteBuffers(1, &EBO);

    // glfw: terminate, clearing all previously allocated GLFW resources.
    // ------------------------------------------------------------------
    glfwTerminate();
    return 0;
}

// process all input: query GLFW whether relevant keys are pressed/released this frame and react accordingly
// ---------------------------------------------------------------------------------------------------------
void processInput(GLFWwindow *window)
{
    if (glfwGetKey(window, GLFW_KEY_ESCAPE) == GLFW_PRESS)
        glfwSetWindowShouldClose(window, true);
}

// glfw: whenever the window size changed (by OS or user resize) this callback function executes
// ---------------------------------------------------------------------------------------------
void framebuffer_size_callback(GLFWwindow* window, int width, int height)
{
    // make sure the viewport matches the new window dimensions; note that width and 
    // height will be significantly larger than specified on retina displays.
    glViewport(0, 0, width, height);
}
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