OpenGL第十一讲——纹理映射
Chapter11 纹理
OpenGL纹理映射功能支持将一些像素数据经过变换（即使是比较不规则的变换）将其附着到各种形状的多边形表面。
11.1 启用纹理和载入纹理
我们仅介绍二维纹理。可以使用以下语句来启用和禁用二维纹理：
启用二维纹理：glEnable(GL_TEXTURE_2D);
禁用二维纹理：glDisable(GL_TEXTURE_2D);
使用纹理前，还必须载入纹理。利用glTexImage2D函数可以载入一个二维的纹理，该函数有多达九个参数（虽然某些参数我们可以暂时不去了解）
函数原型：void glTexImage2D (GLenum target, GLint level, GLint internalformat, GLsizei width, GLsizei height, GLint border, GLenum format, GLenum type, const GLvoid *pixels);
target：指定的目标，我们使用时这个参数将始终使用GL_TEXTURE_2D。level：“多重细节层次”，现在我们并不考虑多重纹理细节，因此这个参数设置为零。internalformat：现在可以理解为颜色的格式。可以用GL_RGB或GL_RGBA。注意，虽然bmp是BGR，但是同样是三种颜色，即GL_RGB。width和height是二维纹理像素的宽度和高度。尽量使用大小为2的整数次方的纹理，当这个要求无法满足时，使用gluScaleImage函数把图象缩放至所指定的大小（在后面的例子中有用到）。
OpenGL是限制纹理大小的，某OpenGL实现可能要求纹理最大不能超过1024*1024。可以使用如下的代码来获得OpenGL所支持的最大纹理（max的值）：
注：
glGetIntegerv可以获得opengl的各种值，后面还会用到，但也不必深究。GLint max; glGetIntegerv(GL_MAX_TEXTURE_SIZE, &max);很多图形程序都喜欢使用256*256大小的纹理
border：纹理边框的大小，我们没有使用纹理边框，因此这里设置为零。- 最后3个和之前的一样，不再赘述。
例子：如果有一幅大小为width*height，格式为Windows系统中使用最普遍的24位BGR，保存在pixels中的像素图象。则把这样一幅图象载入为纹理可使用以下代码：
glTexImage2D(GL_TEXTURE_2D, 0, GL_RGB, width, height, 0, GL_BGR_EXT, GL_UNSIGNED_BYTE, pixels);
11.2 纹理坐标
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。
例子：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。
使用glTexCoord*系列函数来指定纹理坐标（纹理图像中像素的位置）。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();
纹理坐标也可以进行类似于模型视图的变换，只要使用glMatrixMode(GL_TEXTURE);，就可以切换到纹理矩阵，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。
11.3 纹理参数
使用纹理之前还需要设置一些参数。使用glTexParameter*系列函数来设置纹理参数。
函数原型：void glTexParameteri (GLenum target, GLenum pname, GLint param);
通常需要设置下面四个参数：
-
GL_TEXTURE_MAG_FILTER：表示如果纹理被贴到一个比它大的物体怎么处理，可能纹理中的一个像素会对应实际图像中的多个像素。可以选择的值有
GL_NEAREST（使用纹理坐标中最近的一个像素作为绘制的颜色）和GL_LINEAR（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），前者快，后者效果可能好一些 -
GL_TEXTURE_MIN_FILTER：表示如果纹理被贴到一个比它小的物体怎么处理，可能纹理中的多个像素会对应实际图像中的一个像素。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。后面4个暂时不需要了解，前两个和上面的相同。 -
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)。
-
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。
示例代码：
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_S, GL_REPEAT);
11.4 纹理对象
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。
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。
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。
用法主要有两种：
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
销毁可以使用glDeleteTextures
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的函数原型：void glBindTexture (GLenum target, GLuint texture);
其中，target还是设置为GL_TEXTURE_2D，texture是纹理的编号
示例代码：
// 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
11.5 例子
使用下面这两张图，一张作为草地，一张作为栅栏，绘制一幅三维图像，结果如下。
代码有点长，分部分来看吧，主要有这么几部分：
- 加载纹理的图片进内存
函数如下，我们分段来看。
GLuint load_texture(const char* file_name)
{
GLint width, height, total_bytes;
GLubyte* pixels = 0;
GLuint last_texture_ID, texture_ID = 0;
// 打开文件，如果失败，返回
FILE* pFile = fopen(file_name, "rb");
if (pFile == 0)
return 0;
// 读取文件中图象的宽度和高度
fseek(pFile, 0x0012, SEEK_SET);
fread(&width, 4, 1, pFile);
fread(&height, 4, 1, pFile);
fseek(pFile, BMP_Header_Length, SEEK_SET);
// 计算每行像素所占字节数，并根据此数据计算总像素字节数
{
GLint line_bytes = width * 3;
while (line_bytes % 4 != 0)
++line_bytes;
total_bytes = line_bytes * height;
}
// 根据总像素字节数分配内存
pixels = (GLubyte*)malloc(total_bytes);
if (pixels == 0)
{
fclose(pFile);
return 0;
}
// 读取像素数据
if (fread(pixels, total_bytes, 1, pFile) <= 0)
{
free(pixels);
fclose(pFile);
return 0;
}
// 在旧版本的OpenGL中
// 如果图象的宽度和高度不是2的整数次方，则需要进行缩放
// 这里并没有检查OpenGL版本，出于对版本兼容性的考虑，按旧版本处理
// 另外，无论是旧版本还是新版本，
// 当图象的宽度和高度超过当前OpenGL实现所支持的最大值时，也要进行缩放
{
GLint max;
glGetIntegerv(GL_MAX_TEXTURE_SIZE, &max);
if (!power_of_two(width)
|| !power_of_two(height)
|| width > max
|| height > max)
{
const GLint new_width = 256;
const GLint new_height = 256; // 规定缩放后新的大小为边长的正方形
GLint new_line_bytes, new_total_bytes;
GLubyte* new_pixels = 0;
// 计算每行需要的字节数和总字节数
new_line_bytes = new_width * 3;
while (new_line_bytes % 4 != 0)
++new_line_bytes;
new_total_bytes = new_line_bytes * new_height;
// 分配内存
new_pixels = (GLubyte*)malloc(new_total_bytes);
if (new_pixels == 0)
{
free(pixels);
fclose(pFile);
return 0;
}
// 进行像素缩放
gluScaleImage(GL_RGB,
width, height, GL_UNSIGNED_BYTE, pixels,
new_width, new_height, GL_UNSIGNED_BYTE, new_pixels);
// 释放原来的像素数据，把pixels指向新的像素数据，并重新设置width和height
free(pixels);
pixels = new_pixels;
width = new_width;
height = new_height;
}
}
// 分配一个新的纹理编号
glGenTextures(1, &texture_ID);
if (texture_ID == 0)
{
free(pixels);
fclose(pFile);
return 0;
}
// 绑定新的纹理，载入纹理并设置纹理参数
// 在绑定前，先获得原来绑定的纹理编号，以便在最后进行恢复
glGetIntegerv(GL_TEXTURE_BINDING_2D, &last_texture_ID);
glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, texture_ID);
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_LINEAR);
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MAG_FILTER, GL_LINEAR);
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_S, GL_REPEAT);
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_T, GL_REPEAT);
glTexEnvf(GL_TEXTURE_ENV, GL_TEXTURE_ENV_MODE, GL_REPLACE);
glTexImage2D(GL_TEXTURE_2D, 0, GL_RGB, width, height, 0,
GL_BGR_EXT, GL_UNSIGNED_BYTE, pixels);
glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, last_texture_ID);
// 之前为pixels分配的内存可在使用glTexImage2D以后释放
// 因为此时像素数据已经被OpenGL另行保存了一份（可能被保存到专门的图形硬件中）
free(pixels);
return texture_ID;
}
第一步，还是先读取bmp文件。把文件头中的宽度和高度信息读出来，然后根据宽度和高度来分配图片需要的内存空间，同样，需要看一行的字节数是不是4的倍数，不是的话需要进行扩展，然后分配图片需要的内存空间，再读入图片的内容。
// 打开文件，如果失败，返回
FILE* pFile = fopen(file_name, "rb");
if (pFile == 0)
return 0;
// 读取文件中图象的宽度和高度
fseek(pFile, 0x0012, SEEK_SET);
fread(&width, 4, 1, pFile);
fread(&height, 4, 1, pFile);
fseek(pFile, BMP_Header_Length, SEEK_SET);
// 计算每行像素所占字节数，并根据此数据计算总像素字节数
{
GLint line_bytes = width * 3;
while (line_bytes % 4 != 0)
++line_bytes;
total_bytes = line_bytes * height;
}
// 根据总像素字节数分配内存
pixels = (GLubyte*)malloc(total_bytes);
if (pixels == 0)
{
fclose(pFile);
return 0;
}
// 读取像素数据
if (fread(pixels, total_bytes, 1, pFile) <= 0)
{
free(pixels);
fclose(pFile);
return 0;
}
第二步，要看读入纹理的宽度和高度是否是2的次方，旧版本中是必要的，所以这里也做了这样的操作。当然，还判断了是否超过opengl规定的范围，如果超过了需要对其进行缩放（2、3行是得到最大值的代码）。
缩放的时候一般缩放为256×256大小的，然后重新分配内存空间（也要记得释放原来的），用gluScaleImage函数进行缩放，并修改纹理的宽高。
{
GLint max;
glGetIntegerv(GL_MAX_TEXTURE_SIZE, &max);
if (!power_of_two(width)
|| !power_of_two(height)
|| width > max
|| height > max)
{
const GLint new_width = 256;
const GLint new_height = 256; // 规定缩放后新的大小为边长的正方形
GLint new_line_bytes, new_total_bytes;
GLubyte* new_pixels = 0;
// 计算每行需要的字节数和总字节数
new_line_bytes = new_width * 3;
while (new_line_bytes % 4 != 0)
++new_line_bytes;
new_total_bytes = new_line_bytes * new_height;
// 分配内存
new_pixels = (GLubyte*)malloc(new_total_bytes);
if (new_pixels == 0)
{
free(pixels);
fclose(pFile);
return 0;
}
// 进行像素缩放
gluScaleImage(GL_RGB,
width, height, GL_UNSIGNED_BYTE, pixels,
new_width, new_height, GL_UNSIGNED_BYTE, new_pixels);
// 释放原来的像素数据，把pixels指向新的像素数据，并重新设置width和height
free(pixels);
pixels = new_pixels;
width = new_width;
height = new_height;
}
}
第三步，我们就可以分配一个纹理对象了，把纹理的编号记录到texture_ID，如果返回的是0，代表分配失败，则释放空间，关闭文件然后返回。
// 分配一个新的纹理编号
glGenTextures(1, &texture_ID);
if (texture_ID == 0)
{
free(pixels);
fclose(pFile);
return 0;
}
最后，进行纹理的绑定即可，绑定纹理之前，可以先获取当前的纹理对象，以便于绑定新的之后丢失，最后可以进行恢复（这里其实不用也可以，应该只是一种习惯）。然后进行绑定，并设置一系列的参数，这样就可以将纹理对象设置好了。
// 绑定新的纹理，载入纹理并设置纹理参数
// 在绑定前，先获得原来绑定的纹理编号，以便在最后进行恢复
glGetIntegerv(GL_TEXTURE_BINDING_2D, &last_texture_ID);
glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, texture_ID);
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_LINEAR);
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MAG_FILTER, GL_LINEAR);
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_S, GL_REPEAT);
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_T, GL_REPEAT);
glTexEnvf(GL_TEXTURE_ENV, GL_TEXTURE_ENV_MODE, GL_REPLACE);
glTexImage2D(GL_TEXTURE_2D, 0, GL_RGB, width, height, 0,
GL_BGR_EXT, GL_UNSIGNED_BYTE, pixels);
glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, last_texture_ID);
// 之前为pixels分配的内存可在使用glTexImage2D以后释放
// 因为此时像素数据已经被OpenGL另行保存了一份（可能被保存到专门的图形硬件中）
free(pixels);
return texture_ID;
绘制的函数如下，自行阅读即可，里面的texGround是全局变量，在main函数里通过上述的代码返回的texture_ID：
void display(void)
{
// 清除屏幕
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);
// 设置视角
glMatrixMode(GL_PROJECTION);
glLoadIdentity();
gluPerspective(75, 1, 1, 21);
glMatrixMode(GL_MODELVIEW);
glLoadIdentity();
gluLookAt(1, 5, 5, 0, 0, 0, 0, 0, 1);
// 使用“地”纹理绘制土地
glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, texGround);
glBegin(GL_QUADS);
glTexCoord2f(0.0f, 0.0f); glVertex3f(-8.0f, -8.0f, 0.0f);
glTexCoord2f(0.0f, 5.0f); glVertex3f(-8.0f, 8.0f, 0.0f);
glTexCoord2f(5.0f, 5.0f); glVertex3f(8.0f, 8.0f, 0.0f);
glTexCoord2f(5.0f, 0.0f); glVertex3f(8.0f, -8.0f, 0.0f);
glEnd();
// 使用“墙”纹理绘制栅栏
glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, texWall);
glBegin(GL_QUADS);
glTexCoord2f(0.0f, 0.0f); glVertex3f(-6.0f, -3.0f, 0.0f);
glTexCoord2f(0.0f, 1.0f); glVertex3f(-6.0f, -3.0f, 1.5f);
glTexCoord2f(5.0f, 1.0f); glVertex3f(6.0f, -3.0f, 1.5f);
glTexCoord2f(5.0f, 0.0f); glVertex3f(6.0f, -3.0f, 0.0f);
glEnd();
// 旋转后再绘制一个
glRotatef(-90, 0, 0, 1);
glBegin(GL_QUADS);
glTexCoord2f(0.0f, 0.0f); glVertex3f(-6.0f, -3.0f, 0.0f);
glTexCoord2f(0.0f, 1.0f); glVertex3f(-6.0f, -3.0f, 1.5f);
glTexCoord2f(5.0f, 1.0f); glVertex3f(6.0f, -3.0f, 1.5f);
glTexCoord2f(5.0f, 0.0f); glVertex3f(6.0f, -3.0f, 0.0f);
glEnd();
// 交换缓冲区，并保存像素数据到文件
grab();
glutSwapBuffers();
}
下面给出全部的代码，里面判断是否是2的整数次方的函数中用了比较巧妙的方法，只需要判断n & (n - 1)是否为0，如果是0的话，则是2的整数次方，因为2的整数次方用2进制表示就是有1个0（不考虑0次方），如果-1，则该位变为0，其余位全是1，所以与了之后必然是0。
#include