OpenGL紋理

　目 錄
　　12.1 基本步驟
　　12.2 紋理定義
　　12.3 紋理控制
　　12.4 映射方式
　　12.5 紋理坐標(biāo)

　

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　　在三維圖形中，紋理映射（Texture Mapping）的方法運(yùn)用得很廣，尤其描述具有真實(shí)感的物體。比如繪制一面磚墻，就可以用一幅真實(shí)的磚墻圖像或照片作為紋理貼到一個(gè)矩形上，這樣，一面逼真的磚墻就畫好了。如果不用紋理映射的方法，則墻上的每一塊磚都必須作為一個(gè)獨(dú)立的多邊形來畫。另外，紋理映射能夠保證在變換多邊形時(shí)，多邊形上的紋理圖案也隨之變化。例如，以透視投影方式觀察墻面時(shí)，離視點(diǎn)遠(yuǎn)的磚塊的尺寸就會(huì)縮小，而離視點(diǎn) 較近的就會(huì)大些。此外，紋理映射也常常運(yùn)用在其他一些領(lǐng)域，如飛行仿真中常把一大片植被的圖像映射到一些大多邊形上用以表示地面，或用大理石、木材、布匹等自然物質(zhì)的圖像作為紋理映射到多邊形上表示相應(yīng)的物體。
　　紋理映射有許多種情況。例如，任意一塊紋理可以映射到平面或曲面上，且對光亮的物體進(jìn)行紋理映射，其表面可以映射出周圍環(huán)境的景象；紋理還可按不同的方式映射到曲面上，一是可以直接畫上去（或稱移畫印花法），二是可以調(diào)整曲面顏色或把紋理顏色與曲面顏色混合；紋理不僅可以是二維的，也可以是一維或其它維的。
　　本章將詳細(xì)介紹OpenGL紋理映射有關(guān)的內(nèi)容：基本步驟、紋理定義、紋理控制、映射方式和紋理坐標(biāo)等。

12.1 基本步驟
　　紋理映射是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的過程，這節(jié)只簡單地?cái)⑹鲆幌伦罨镜膱?zhí)行紋理映射所需的步驟?；静襟E如下：
　　1）定義紋理、2）控制濾波、3）說明映射方式、4）繪制場景，給出頂點(diǎn)的紋理坐標(biāo)和幾何坐標(biāo)。
　　注意：紋理映射只能在RGBA方式下執(zhí)行，不能運(yùn)用于顏色表方式。下面舉出一個(gè)最簡單的紋理映射應(yīng)用例子：

　　例12-1 簡單紋理映射應(yīng)用例程（texsmpl.c）

#include "glos.h"
#include <GL/gl.h>
#include <GL/glu.h>
#include <GL/glaux.h>
 
void myinit(void);
void makeImage(void);
void CALLBACK myReshape(GLsizei w, GLsizei h);
void CALLBACK display(void);
 
/* 創(chuàng)建紋理 */
#define ImageWidth 64
#define ImageHeight 64
GLubyte Image[ImageWidth][ImageHeight][3];
 
void makeImage(void)
{
  int i, j, r,g,b;
 
  for (i = 0; i < ImageWidth; i++)
  {
    for (j = 0; j < ImageHeight; j++)
    {
      r=(i*j)%255;
      g=(4*i)%255;
      b=(4*j)%255;
      Image[i][j][0] = (GLubyte) r;
      Image[i][j][1] = (GLubyte) g;
      Image[i][j][2] = (GLubyte) b;
    }
  }
}
 
void myinit(void)
{
  glClearColor (0.0, 0.0, 0.0, 0.0);
  glEnable(GL_DEPTH_TEST);
  glDepthFunc(GL_LESS);
 
  makeImage();
  glPixelStorei(GL_UNPACK_ALIGNMENT, 1);
 
  /* 定義紋理 */
  glTexImage2D(GL_TEXTURE_2D, 0, 3, ImageWidth,
    ImageHeight, 0, GL_RGB, GL_UNSIGNED_BYTE, &Image[0][0][0]);
 
  /* 控制濾波 */
  glTexParameterf(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_S, GL_CLAMP);
  glTexParameterf(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_T, GL_CLAMP);
  glTexParameterf(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MAG_FILTER, GL_NEAREST);
  glTexParameterf(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_NEAREST);
 
  /* 說明映射方式*/
  glTexEnvf(GL_TEXTURE_ENV, GL_TEXTURE_ENV_MODE, GL_DECAL);
 
  /* 啟動(dòng)紋理映射 */
  glEnable(GL_TEXTURE_2D);
 
  glShadeModel(GL_FLAT);
}
 
void CALLBACK display(void)
{
  glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);
 
  /* 設(shè)置紋理坐標(biāo)和物體幾何坐標(biāo) */
  glBegin(GL_QUADS);
  glTexCoord2f(0.0, 0.0); glVertex3f(-2.0, -1.0, 0.0);
  glTexCoord2f(0.0, 1.0); glVertex3f(-2.0, 1.0, 0.0);
  glTexCoord2f(1.0, 1.0); glVertex3f(0.0, 1.0, 0.0);
  glTexCoord2f(1.0, 0.0); glVertex3f(0.0, -1.0, 0.0);
 
  glTexCoord2f(0.0, 0.0); glVertex3f(1.0, -1.0, 0.0);
  glTexCoord2f(0.0, 1.0); glVertex3f(1.0, 1.0, 0.0);
  glTexCoord2f(1.0, 1.0); glVertex3f(2.41421, 1.0, -1.41421);
  glTexCoord2f(1.0, 0.0); glVertex3f(2.41421, -1.0, -1.41421);
  glEnd();
 
  glFlush();
}
 
void CALLBACK myReshape(GLsizei w, GLsizei h)
{
  glViewport(0, 0, w, h);
  glMatrixMode(GL_PROJECTION);
  glLoadIdentity();
  gluPerspective(60.0, 1.0*(GLfloat)w/(GLfloat)h, 1.0, 30.0);
  glMatrixMode(GL_MODELVIEW);
  glLoadIdentity();
  glTranslatef(0.0, 0.0, -3.6);
}
 
void main(void)
{
  auxInitDisplayMode (AUX_SINGLE | AUX_RGBA);
  auxInitPosition (0, 0, 500, 500);
  auxInitWindow ("Simple Texture Map");
  myinit();
  auxReshapeFunc (myReshape);
  auxMainLoop(display);
}
 

圖12-1 簡單紋理映射

　　以上程序運(yùn)行結(jié)果是將一塊紋理映射到兩個(gè)正方形上去。這兩個(gè)正方形都是按透視投影方式繪制，其中一個(gè)正對觀察者，另一個(gè)向后傾斜45度角。圖形的紋理是由函數(shù)makeImage()產(chǎn)生的，并且所有紋理映射的初始化工作都在程序myinit()中進(jìn)行。由glTexImage2d()說明了一個(gè)全分辨率的圖像，其參數(shù)指出了圖像的尺寸、圖像類型、圖像位置和圖像的其它特性；下面連續(xù)調(diào)用函數(shù)glTexParameter*()說明紋理怎樣纏繞物體和當(dāng)象素與紋理數(shù)組中的單個(gè)元素（texel，暫稱紋素）不能精確匹配時(shí)如何過濾顏色；接著用函數(shù)glTexEnv*()設(shè)置畫圖方式為GL_DECAL，即多邊形完全用紋理圖像中的顏色來畫，不考慮多邊形在未被紋理映射前本身的顏色；最后，調(diào)用函數(shù)glEnable()啟動(dòng)紋理映射。子程序display()畫了兩個(gè)正方形，其中紋理坐標(biāo)與幾何坐標(biāo)一起說明，glTexCoord*()函數(shù)類似于glNormal*()函數(shù)，不過它是設(shè)置紋理坐標(biāo)，之后任何頂點(diǎn)都把這個(gè)紋理坐標(biāo)與頂點(diǎn)坐標(biāo)聯(lián)系起來，直到再次調(diào)用 glTexCoord*()改變當(dāng)前紋理坐標(biāo)。

12.2、紋理定義

　　12.2.1 二維紋理定義的函數(shù)
　

void glTexImage2D(GLenum target,GLint level,GLint components,
GLsizei width, glsizei height,GLint border,
GLenum format,GLenum type, const GLvoid *pixels);

　　定義一個(gè)二維紋理映射。其中參數(shù)target是常數(shù)GL_TEXTURE_2D。參數(shù)level表示多級分辨率的紋理圖像的級數(shù)，若只有一種分辨率，則level設(shè)為0。
　　參數(shù)components是一個(gè)從1到4的整數(shù)，指出選擇了R、G、B、A中的哪些分量用于調(diào)整和混合，1表示選擇了R分量，2表示選擇了R和A兩個(gè)分量，3表示選擇了R、G、B三個(gè)分量，4表示選擇了R、G、B、A四個(gè)分量。
　　參數(shù)width和height給出了紋理圖像的長度和寬度，參數(shù)border為紋理邊界寬度，它通常為0，width和height必須是2m+2b，這里m是整數(shù)，長和寬可以有不同的值，b是border的值。紋理映射的最大尺寸依賴于OpenGL，但它至少必須是使用64x64（若帶邊界為66x66），若width和height設(shè)置為0，則紋理映射有效地關(guān)閉。
　　參數(shù)format和type描述了紋理映射的格式和數(shù)據(jù)類型，它們在這里的意義與在函數(shù)glDrawPixels()中的意義相同，事實(shí)上，紋理數(shù)據(jù)與glDrawPixels()所用的數(shù)據(jù)有同樣的格式。參數(shù)format可以是GL_COLOR_INDEX、GL_RGB、GL_RGBA、GL_RED、GL_GREEN、GL_BLUE、GL_ALPHA、GL_LUMINANCE或GL_LUMINANCE_ALPHA（注意：不能用GL_STENCIL_INDEX和GL_DEPTH_COMPONENT）。類似地，參數(shù)type是GL_BYPE、GL_UNSIGNED_BYTE、GL_SHORT、 GL_UNSIGNED_SHORT、GL_INT、GL_UNSIGNED_INT、GL_FLOAT或GL_BITMAP。
　　參數(shù)pixels包含了紋理圖像數(shù)據(jù)，這個(gè)數(shù)據(jù)描述了紋理圖像本身和它的邊界。

　　12.2 一維紋理定義的函數(shù)
　

void glTexImage1D(GLenum target,GLint level,GLint components,GLsizei width,
GLint border,GLenum format,GLenum type,const GLvoid *pixels);

　　定義一個(gè)一維紋理映射。除了第一個(gè)參數(shù)target應(yīng)設(shè)置為GL_TEXTURE_1D外，其余所有的參數(shù)與函數(shù)TexImage2D()的一致，不過紋理圖像是一維紋素?cái)?shù)組，其寬度值必須是2的冪，若有邊界則為2m+2。

12.3、紋理控制
　　OpenGL中的紋理控制函數(shù)是
　

void glTexParameter{if}[v](GLenum target,GLenum pname,TYPE param);

　　控制紋素映射到片元（fragment）時(shí)怎樣對待紋理。第一個(gè)參數(shù)target可以是GL_TEXTURE_1D或GL_TEXTURE_2D，它指出是為一維或二維紋理說明參數(shù)；后兩個(gè)參數(shù)的可能值見表12-1所示。

　

參數(shù)	值
GL_TEXTURE_WRAP_S	GL_CLAMP GL_REPEAT
GL_TEXTURE_WRAP_T	GL_CLAMP GL_REPEAT
GL_TEXTURE_MAG_FILTER	GL_NEAREST GL_LINEAR
GL_TEXTURE_MIN_FILTER	GL_NEAREST GL_LINEAR GL_NEAREST_MIPMAP_NEAREST GL_NEAREST_MIPMAP_LINEAR GL_LINEAR_MIPMAP_NEAREST GL_LINEAR_MIPMAP_LINEAR
表12-1 放大和縮小濾波方式

　　12.3.1 濾波
　　一般來說，紋理圖像為正方形或長方形。但當(dāng)它映射到一個(gè)多邊形或曲面上并變換到屏幕坐標(biāo)時(shí)，紋理的單個(gè)紋素很少對應(yīng)于屏幕圖像上的象素。根據(jù)所用變換和所用紋理映射，屏幕上單個(gè)象素可以對應(yīng)于一個(gè)紋素的一小部分（即放大）或一大批紋素（即縮小）。下面用函數(shù)glTexParameter*()說明放大和縮小的方法：

glTexParameter*(GL_TEXTURE_2D,GL_TEXTURE_MAG_FILTER,GL_NEAREST);
glTexParameter*(GL_TEXTURE_2D,GL_TEXTURE_MIN_FILTER,GL_NEAREST);

　　實(shí)際上，第一個(gè)參數(shù)可以是GL_TEXTURE_1D或GL_TEXTURE_2D，即表明所用的紋理是一維的還是二維的；第二個(gè)參數(shù)指定濾波方法，其中參數(shù)值GL_TEXTURE_MAG_FILTER指定為放大濾波方法，GL_TEXTURE_MIN_FILTER指定為縮小濾波方法；第三個(gè)參數(shù)說明濾波方式，其值見表12-1所示。
　　若選擇GL_NEAREST則采用坐標(biāo)最靠近象素中心的紋素，這有可能使圖像走樣；若選擇GL_LINEAR則采用最靠近象素中心的四個(gè)象素的加權(quán)平均值。GL_NEAREST所需計(jì)算比GL_LINEAR要少，因而執(zhí)行得更快，但GL_LINEAR提供了比較光滑的效果。

　　12.3.2 重復(fù)與約簡
　　紋理坐標(biāo)可以超出(0, 1)范圍，并且在紋理映射過程中可以重復(fù)映射或約簡映射。在重復(fù)映射的情況下，紋理可以在s，t方向上重復(fù)，即：

glTexParameterfv(GL_TEXTURE_2D,GL_TEXTURE_WRAP_S,GL_REPEAT);
glTexParameterfv(GL_TEXTURE_2D,GL_TEXTURE_WRAP_T,GL_REPEAT);

　　若將參數(shù)GL_REPEAT改為GL_CLAMP，則所有大于1的紋素值都置為1，所有小于0的值都置為0。參數(shù)設(shè)置參見表12-1。

12.4、映射方式
　　在本章的第一個(gè)例程中，紋理圖像是直接作為畫到多邊形上的顏色。實(shí)際上，可以用紋理中的值來調(diào)整多邊形（曲面）原來的顏色，或用紋理圖像中的顏色與多邊形（曲面）原來的顏色進(jìn)行混合。因此，OpenGL提供了三種紋理映射的方式，這個(gè)函數(shù)是：
　

void glTexEnv{if}[v](GLenum target,GLenum pname,TYPE param);

　　設(shè)置紋理映射方式。參數(shù)target必須是GL_TEXTURE_ENV；若參數(shù)pname是GL_TEXTURE_ENV_MODE，則參數(shù)param可以是GL_DECAL、GL_MODULATE或GL_BLEND，以說明紋理值怎樣與原來表面顏色的處理方式；若參數(shù)pname是GL_TEXTURE_ENV_COLOR，則參數(shù)param是包含四個(gè)浮點(diǎn)數(shù)（分別是R、G、B、A分量）的數(shù)組，這些值只在采用GL_BLEND紋理函數(shù)時(shí)才有用。

12.5、紋理坐標(biāo)

　　12.5.1 坐標(biāo)定義
　　在繪制紋理映射場景時(shí)，不僅要給每個(gè)頂點(diǎn)定義幾何坐標(biāo)，而且也要定義紋理坐標(biāo)。經(jīng)過多種變換后，幾何坐標(biāo)決定頂點(diǎn)在屏幕上繪制的位置，而紋理坐標(biāo)決定紋理圖像中的哪一個(gè)紋素賦予該頂點(diǎn)。并且頂點(diǎn)之間的紋理坐標(biāo)插值與基礎(chǔ)篇中所講的平滑著色插值方法相同。
　　紋理圖像是方形數(shù)組，紋理坐標(biāo)通常可定義成一、二、三或四維形式，稱為s，t，r和q坐標(biāo)，以區(qū)別于物體坐標(biāo)(x, y, z, w)和其他坐標(biāo)。一維紋理常用s坐標(biāo)表示，二維紋理常用(s, t)坐標(biāo)表示，目前忽略r坐標(biāo)，q坐標(biāo)象w一樣，一半值為1，主要用于建立齊次坐標(biāo)。OpenGL坐標(biāo)定義的函數(shù)是：
　

void gltexCoord{1234}{sifd}[v](TYPE coords);

　　設(shè)置當(dāng)前紋理坐標(biāo)，此后調(diào)用glVertex*()所產(chǎn)生的頂點(diǎn)都賦予當(dāng)前的紋理坐標(biāo)。對于gltexCoord1*()，s坐標(biāo)被設(shè)置成給定值，t和r設(shè)置為0，q設(shè)置為1；用gltexCoord2*()可以設(shè)置s和t坐標(biāo)值，r設(shè)置為0，q設(shè)置為1；對于gltexCoord3*()，q設(shè)置為1，其它坐標(biāo)按給定值設(shè)置；用gltexCoord4*()可以給定所有的坐標(biāo)。使用適當(dāng)?shù)暮缶Y（s，i，f或d）和TYPE的相應(yīng)值（GLshort、GLint、glfloat或GLdouble）來說明坐標(biāo)的類型。注意：整型紋理坐標(biāo)可以直接應(yīng)用，而不是象普通坐標(biāo)那樣被映射到[-1, 1]之間。

　　12.5.2 坐標(biāo)自動(dòng)產(chǎn)生
　　在某些場合（環(huán)境映射等）下，為獲得特殊效果需要自動(dòng)產(chǎn)生紋理坐標(biāo)，并不要求為用函數(shù)gltexCoord*()為每個(gè)物體頂點(diǎn)賦予紋理坐標(biāo)值。OpenGL提供了自動(dòng)產(chǎn)生紋理坐標(biāo)的函數(shù)，其如下：
　

void glTexGen{if}[v](GLenum coord,GLenum pname,TYPE param);

　　自動(dòng)產(chǎn)生紋理坐標(biāo)。第一個(gè)參數(shù)必須是GL_S、GL_T、GL_R或GL_Q，它指出紋理坐標(biāo)s，t，r，q中的哪一個(gè)要自動(dòng)產(chǎn)生；第二個(gè)參數(shù)值為GL_TEXTURE_GEN_MODE、GL_OBJECT_PLANE或 GL_EYE_PLANE；第三個(gè)參數(shù)param是一個(gè)定義紋理產(chǎn)生參數(shù)的指針，其值取決于第二個(gè)參數(shù)pname的設(shè)置，當(dāng)pname為GL_TEXTURE_GEN_MODE時(shí)，param是一個(gè)常量，即GL_OBJECT_LINEAR、GL_EYE_LINEAR或GL_SPHERE_MAP，它們決定用哪一個(gè)函數(shù)來產(chǎn)生紋理坐標(biāo)。對于pname的其它可能值，param是一個(gè)指向參數(shù)數(shù)組的指針。下面是一個(gè)運(yùn)用自動(dòng)產(chǎn)生紋理坐標(biāo)函數(shù)的實(shí)例：

　　例12-1 紋理坐標(biāo)自動(dòng)產(chǎn)生例程（texpot.c）
　

#include "glos.h"
#include <GL/gl.h>
#include <GL/glu.h>
#include <GL/glaux.h>
 
void myinit(void);
void makeStripeImage(void);
void CALLBACK display(void);
void CALLBACK myReshape(GLsizei w, GLsizei h);
 
#define stripeImageWidth 64
GLubyte stripeImage[3*stripeImageWidth];
 
void makeStripeImage(void)
{
  int j;
 
  for (j = 0; j < stripeImageWidth; j++)
  {
    stripeImage[3*j] = 255;
    stripeImage[3*j+1] =255-2*j;
    stripeImage[3*j+2] =255;
  }
}
 
/* 參數(shù)設(shè)置 */
 
GLfloat sgenparams[] = {1.0, 1.0, 1.0, 0.0};
 
void myinit(void)
{
  glClearColor (0.0, 0.0, 0.0, 0.0);
 
  makeStripeImage();
  glPixelStorei(GL_UNPACK_ALIGNMENT, 1);
  glTexEnvf(GL_TEXTURE_ENV, GL_TEXTURE_ENV_MODE, GL_MODULATE);
  glTexParameterf(GL_TEXTURE_1D, GL_TEXTURE_WRAP_S, GL_REPEAT);
  glTexParameterf(GL_TEXTURE_1D, GL_TEXTURE_MAG_FILTER, GL_LINEAR);
  glTexParameterf(GL_TEXTURE_1D, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_LINEAR);
  glTexImage1D(GL_TEXTURE_1D, 0, 3, stripeImageWidth, 0, GL_RGB, GL_UNSIGNED_BYTE, stripeImage);
 
  glTexGeni(GL_S, GL_TEXTURE_GEN_MODE, GL_OBJECT_LINEAR);
  glTexGenfv(GL_S, GL_OBJECT_PLANE, sgenparams);
 
  glEnable(GL_DEPTH_TEST);
  glDepthFunc(GL_LESS);
  glEnable(GL_TEXTURE_GEN_S);
  glEnable(GL_TEXTURE_1D);
  glEnable(GL_CULL_FACE);
  glEnable(GL_LIGHTING);
  glEnable(GL_LIGHT0);
  glEnable(GL_AUTO_NORMAL);
  glEnable(GL_NORMALIZE);
  glFrontFace(GL_CW);
  glCullFace(GL_BACK);
  glMaterialf (GL_FRONT, GL_SHININESS, 64.0);
}
 
void CALLBACK display(void)
{
  glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);
  glPushMatrix ();
  glRotatef(25.0, 1.0, 0.0, 0.0);
  auxSolidTeapot(1.5);
  glPopMatrix ();
  glFlush();
}
 
void CALLBACK myReshape(GLsizei w, GLsizei h)
{
  float a=3.5;
 
  glViewport(0, 0, w, h);
  glMatrixMode(GL_PROJECTION);
  glLoadIdentity();
  if (w <= h)
    glOrtho (-a, a, -a*(GLfloat)h/(GLfloat)w, a*(GLfloat)h/(GLfloat)w, -a, a);
  else
    glOrtho (-a*(GLfloat)w/(GLfloat)h, a*(GLfloat)w/(GLfloat)h, -a, a, -a, a);
  glMatrixMode(GL_MODELVIEW);
  glLoadIdentity();
}
 
void main(void)
{
  auxInitDisplayMode (AUX_SINGLE | AUX_RGBA);
  auxInitPosition (0, 0, 500, 500);
  auxInitWindow (" Teapot TextureMapping");
  myinit();
  auxReshapeFunc (myReshape);
  auxMainLoop(display);
}

　　以上程序運(yùn)行結(jié)果是在屏幕上顯示一個(gè)帶條狀紋理的茶壺。其中用到了前面所講的一維紋理映射定義，以及本節(jié)的紋理坐標(biāo)自動(dòng)產(chǎn)生。

　

圖12-2 貼紋理的茶壺

posted on 2006-01-17 01:07 zmj 閱讀(11169) 評論(2)  編輯 收藏 引用