OpenGL超级宝典学习笔记：纹理

前言 本篇在讲什么 本篇章记录对OpenGL中纹理使用的学习 本篇适合什么 适合初学OpenGL的小白 本篇需要什么 对C++语法有简单认知 对OpenGL有简单认知 最好是有OpenGL超级宝典蓝宝书 依赖Visual Studio编辑器 本篇的特色 具有全流程的图文教学 重实践，轻理论，快速上手 提供全流程的源码内容

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♠ 纹理

纹理是一种结构化的存储形式，可供着色器读写，常用于存储图像数据，我们常见的png、jpg等图片存储的也是图像数据，只不过是经过编码的数据，不能直接被GPU使用，而纹理格式可以直接被GPU读取渲染

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♥ 创建并初始化纹理

在下面的代码中我们对一个纹理进行生成、初始化和绑定的操作

// The type used for names in OpenGL is GLuint
GLuint texture;

// Generate a name for the texture
glGenTextures(1, &texture);

// Now bind it to the context using the GL_TEXTURE_2D binding point
glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, texture);

// Specify the amount of storage we want to use for the texture
glTexStorage2D(GL_TEXTURE_2D,    // 2D texture
               1,                // 1 mipmap level
               GL_RGBA32F,       // 32-bit floating-point RGBA data
               256, 256);        // 256 x 256 texels

要点1：通过glGenTextures接口创建一个纹理
要点2：通过glBindTexture将纹理绑定到上下文
要点3：通过glTexStorage2D分配纹理的格式和需要的内存空间

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♥ 更新纹理数据

在纹理初始化完成后，我们为其更新数据

// Define some data to upload into the texture
float * data = new float[256 * 256 * 4];

// generate_texture() is a function that fills memory with image data
generate_texture(data, 256, 256);

// Assume the texture is already bound to the GL_TEXTURE_2D target
glTexSubImage2D(GL_TEXTURE_2D,  // 2D texture
                0,              // Level 0
                0, 0,           // Offset 0, 0
                256, 256,       // 256 x 256 texels, replace entire image
                GL_RGBA,        // Four channel data
                GL_FLOAT,       // Floating point data
                data);          // Pointer to data

// Free the memory we allocated before - \GL now has our data
delete [] data;

要点1：通过generate_texture用图像数据填充内存
要点2：通过glTexSubImage2D更新纹理数据

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♥ 纹理目标和类型

在上文中我们展示了通过GL_TEXTURE_2D来创建和绑定2D纹理目标，其实还有更多的类型，例如可以通过GL_TEXTURE_2D和GL_TEXTURE_3D创建一维和三维纹理，下图展示纹理目标类型

纹理目标（GL_TEXTURE_*）	说明
1D	一维纹理
2D	二维纹理
3D	三维纹理
RECTANGLE	矩形纹理
1D_ARRAY	一维数组纹理
2D_ARRAY	二维数组纹理
CUBE_MAP	立方体贴图纹理
CUBE_MAP_ARRAY	立方体贴图数组纹理
BUFFER	缓冲纹理
2D_MULTISAMPLE	二维多重采样纹理
2D_MULTISAMPLE_ARRAY	二维数组多重采样纹理

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♥ 读取纹理数据

存储数据后我们就可以读取数据，用于着色片段，着色器中的纹理以采样器变量形式存在，通用以取样器类型声明统一变量与外界相连接

表示二维纹理的采样器类型为sampler2D即对应我们上文绑定的目标GL_TEXTURE_2D,下列片段着色器代码演示如何读取纹理

"#version 430 core                                                              \n"
"                                                                               \n"
"uniform sampler2D s;                                                           \n"
"                                                                               \n"
"out vec4 color;                                                                \n"
"                                                                               \n"
"void main(void)                                                                \n"
"{                                                                              \n"
"    color = texture(s, gl_FragCoord.xy / textureSize(s, 0));                   \n"
"}   

要点1：采样器类型sampler2D是二维纹理类型
要点2：内置函数texture从纹理中抓取颜色数据

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♥ 采样器类型

如前文所述，纹理的每个维度都有一个目标点用于绑定纹理对象，每个目标都有对应的采样器类型，下面列表展示目标点和其对应的采样器类型

纹理目标	采样器类型
GL_TEXTURE_1D	sample1D
GL_TEXTURE_2D	sample2D
GL_TEXTURE_3D	sample3D
GL_TEXTURE_RECTANGLE	sample2Drect
GL_TEXTURE_1D_ARRAY	sample1Darray
GL_TEXTURE_2D_ARRAY	sample2Darray
GL_TEXTURE_CUBE_MAP	sampleCube
GL_TEXTURE_CUBE_MAP_ARRAY	sampleCubeArray
GL_TEXTURE_BUFFER	sampleBuffer
GL_TEXTURE_2D_MULTISAMPLE	sample2DMS
GL_TEXTURE_2D_MULTISAMPLE_ARRAY	sample2DMSArray

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♥ 演示示例

全文代码这里粘了，具体参考OpenGL蓝宝书官方演示示例simpletexture，示例内包含和上文相同的代码，下图为效果图

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♥ 从文件载入纹理

在上文我们已经学习到了通过编码生成纹理数据，但这并不符合实际应用中的情况，现实中我们往往是通过文件载入纹理数据，这一块，我们学习如何通过加载.ktx文件，显示纹理

#include 

// generate_texture() is a function that fills memory with image data
//generate_texture(data, 256, 256);

texture = sb7::ktx::file::load("media/textures/pattern1.ktx");

这里我们只需要通过sb7::ktx::file::load方法加载ktx文件即可，返回值附加给我们的texture

注意：上述代码修改自超级宝典第七版例子simpletexture，generate_texture生成纹理数据替换成文件加载，就可以得到上图所示的效果，我们文件的纹理填充到三角形里面了

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♥ 案例分析

官方提供了一个加载外星人图片的例子alienrain，运行效果如下图所示，我们简单分析一下

• 随机的速度、角度、偏移

for (int i = 0; i < 256; i++)
{
    droplet_x_offset[i] = random_float() * 2.0f - 1.0f;
    droplet_rot_speed[i] = (random_float() + 0.5f) * ((i & 1) ? -3.0f : 3.0f);
    droplet_fall_speed[i] = random_float() + 0.2f;
}

给数组内生成了一组随机的速度、角度、偏移值，并绑定到统一变量的缓存内

• 从本地加载外星人纹理

tex_alien_array = sb7::ktx::file::load("media/textures/aliens.ktx");
glBindTexture(GL_TEXTURE_2D_ARRAY, tex_alien_array);

从本地ktx文件内加载一组外星人纹理数据，绑定到纹理缓存数据内

• 顶点着色器

"layout (location = 0) in int alien_index;    

用来从纹理数组取数据的下标

out VS_OUT                                                   
{                                                            
    flat int alien;                                          
    vec2 tc;                                                
} vs_out;                           

记录外星人纹理数据的下标

layout (std140) uniform droplets         
{                                        
    droplet_t droplet[256];              
};             

存储随机数值的统一变量

• 片段着色器

layout (location = 0) out vec4 color;                                            
in VS_OUT                                               
{                                                           
    flat int alien;                                           
    vec2 tc;  
} fs_in;                                                               
uniform sampler2DArray tex_aliens;                                     
void main(void)                                               
{                                                             
    color = texture(tex_aliens, vec3(fs_in.tc, float(fs_in.alien)));   
}                       

根据顶点着色器传过来的外星人纹理数据的下标，从纹理数据缓存里取对应的纹理数据显示

• 创建外星人纹理

int alien_index;
for (alien_index = 0; alien_index < 256; alien_index++)
{
    glVertexAttribI1i(0, alien_index);
    glDrawArrays(GL_TRIANGLE_STRIP, 0, 4);
}

在render方法里没帧都会循环给alien_index赋0-255的值，对应顶点着色器里的外星人的alien_index，所以没帧都会有255个外星人生成

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♠ 推送

• Github

https://github.com/KingSun5

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♠ 结语

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