OpenGL（十二） 纹理映射（贴图）

OpenGL绘制纹理的步骤：

• 1. 开启纹理功能

使用glEnable(GL_TEXTURE_2D)开启2D纹理功能，使用glDisable(GL_TEXTURE_2D)关闭纹理，默认情况下纹理是关闭的。

• 2. 读取纹理图片到内存

读取的时候注意以下3点：

•  1） BMP文件数据前54位是文件头和信息头数据，偏移54位之后才是要读取的图像数据。

•  2） 要检测图像宽度的位数是否是4的整数倍，如果不是，需要补齐，并且以补齐后的内存带下分配内存。

•  3） 出于兼容较低版本OpenGL的目的，一般需要检测图像的长宽是否是2的整数次幂，以及长宽是否超过了当前版本所支持的最大长宽数值，若条件不符合，需要进行相应的调整，可以使用gluScaleImage函数对图像进行缩放。

• 3. 分配纹理编号并设置相关属性

使用函数glGenTextures（N,&textureID）来分配N个纹理编号，使用glTexParameteri来设置常用的4个纹理参数，这些参数包括了当前纹理图像大小/小于模型目标时扩展纹理的处理方式。使用gltextImage2D函数根据指定的纹理参数生成一个2D纹理，函数原型是：

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

• 第一个参数为指定的目标，可以使用GL_TEXTURE_2D。

• 第二个参数为“多重细节层次”，不考虑多重纹理的话设置为零。

• 第三个参数表示RGB数据存储的格式，这里使用GL_RGB。

• 第四、五个参数是二维纹理像素的宽度和高度。

• 第六个参数是纹理边框的大小，不使用纹理边框设置为零。

• 第七个核第八个参数是数据格式和数据保存形式。

• 第九个参数是保存了纹理图像的内参块地址。

在分配纹理之前最好先获取一下程序当前所使用的纹理编号，并且在生成本次纹理之后恢复之前保存的纹理编号，从而保证不对当前程序产生影响。

• 4） 设置视景体和观察点

通过gluPerspective和gluLookAt设置“视角”和“观察点”的相关参数。

• 5. 纹理映射，绘制纹理图像

纹理映射跟颜色的绘制一样，需要指定每一个顶点在纹理图像中所对应的位置，OpenGL会自动计算出顶点之间的其他点在纹理图像中应该对应的位置。这里注意纹理图像的坐标范围是从（0,0）到（1,1），左下角为（0,0），右上角为（1,1），鉴于之前已经在第3步中设置了坐标点大于1或者坐标点小雨0的情况的处理方法，所以不考虑显示效果的话，坐标可以任意指定。

下边代码是纹理映射的应用：

#define WindowWidth  400
#define WindowHeight 400
#define WindowTitle  "OpenGL纹理测试"

#include <glut.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

//定义两个纹理对象编号
GLuint texGround;
GLuint texWall;

#define BMP_Header_Length 54  //图像数据在内存块中的偏移量
static GLfloat angle = 0.0f;   //旋转角度

// 函数power_of_two用于判断一个整数是不是2的整数次幂
int power_of_two(int n)
{
	if( n <= 0 )
		return 0;
	return (n & (n-1)) == 0;
}

/* 函数load_texture
* 读取一个BMP文件作为纹理
* 如果失败，返回0，如果成功，返回纹理编号
*/
GLuint load_texture(const char* file_name)
{
	GLint width, height, total_bytes;
	GLubyte* pixels = 0;
	GLuint last_texture_ID=0, 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;
	}

	// 对就旧版本的兼容，如果图象的宽度和高度不是的整数次方，则需要进行缩放
	// 若图像宽高超过了OpenGL规定的最大值，也缩放
	{
		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
	GLint lastTextureID=last_texture_ID;
	glGetIntegerv(GL_TEXTURE_BINDING_2D, &lastTextureID);
	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, lastTextureID);  //恢复之前的纹理绑定
	free(pixels);
	return 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(-4, 7,7, 0, 0, 0, 0, 0, 1);

	glRotatef(angle, 0.0f, 0.0f, 1.0f); //旋转

	// 绘制底面以及纹理
	glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, texGround);
	glBegin(GL_QUADS);
	glTexCoord2f(0.0f, 0.0f); glVertex3f(-8.0f, -8.0f, 0.0f);
	glTexCoord2f(0.0f, 3.0f); glVertex3f(-8.0f, 8.0f, 0.0f);
	glTexCoord2f(3.0f, 3.0f); glVertex3f(8.0f, 8.0f, 0.0f);
	glTexCoord2f(3.0f, 0.0f); glVertex3f(8.0f, -8.0f, 0.0f);
	glEnd();
	// 绘制立面
	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, 5.0f);
	glTexCoord2f(2.0f, 1.0f); glVertex3f(6.0f, -3.0f, 5.0f);
	glTexCoord2f(2.0f, 0.0f); glVertex3f(6.0f, -3.0f, 0.0f);
	glEnd();

	//绘制另外一个立面
	glBegin(GL_QUADS);
	glTexCoord2f(2.0f, 0.0f); glVertex3f(6.0f, -3.0f, 0.0f);     
	glTexCoord2f(0.0f, 0.0f); glVertex3f(6.0f, 9.0f, 0.0f);		 
	glTexCoord2f(0.0f, 1.0f); glVertex3f(6.0f, 9.0f, 5.0f);		 
	glTexCoord2f(2.0f, 1.0f); glVertex3f(6.0f, -3.0f, 5.0f);	 
	glEnd();	

	glutSwapBuffers();  
}

void myIdle(void)  
{     
	angle += 1.8f;    
	if( angle >= 360.0f )      
		angle = 0.0f;   
	display();  
}   

int main(int argc, char* argv[])
{
	// GLUT初始化
	glutInit(&argc, argv);
	glutInitDisplayMode(GLUT_DOUBLE | GLUT_RGBA);
	glutInitWindowPosition(100, 100);
	glutInitWindowSize(WindowWidth, WindowHeight);
	glutCreateWindow(WindowTitle);	
	glEnable(GL_DEPTH_TEST);    
	glEnable(GL_TEXTURE_2D);    // 启用纹理
	texGround = load_texture("ground2.bmp");  //加载纹理
	texWall = load_texture("wall2.bmp");
	glutDisplayFunc(&display);   //注册函数 
	glutIdleFunc(&myIdle);  
	glutMainLoop(); //循环调用
	return 0;
}

运行效果：

动图效果：

• 程序中使用到的关键函数的简单说明：

gluDisplayFunc： 该函数用于注册一个绘图函数，只是注册而不是调用，这时候不会立即执行注册函数，操作系统会在必要时刻对窗体进行重新绘制操作，这时候就会调用执行注册函数。

glutMainLoop：调用该函数之后，程序进入GLTU事件处理循环，让所有跟“事件”有关的、任何已经注册的函数无限循环执行，该函数不会返回。

glGetIntegerv(GL_MAX_TEXTURE_SIZE, &max)：获取当前版本OpenGL支持的最大纹理尺寸。

判断一个整数是不是2的整数次幂的方法：使用n&（n-1）判断，如果n是2的整次幂，则n的二进制形式表示里应该只有一个1，其他位全部为0。例如对于8bit二进制00100000来说，n-1=00011111，则n&（n-1）结果应该是0，如果不为0，则n不是2的整次幂。

gluScaleImage：这个函数调用适当的像素存储模式改变一个像素图像的大小来读取源图像的像素数据，然后把像素数据写入新的目标图像。简单来说就是调整图像大小。

glGenTextures：用于分配一个纹理对象的编号，可以批量分配一系列纹理对象。

glGenIntegerv（GL_TEXTURE_BINGDING_2D，@last_texs）：用于获取当前绑定的纹理编号，把纹理编号放置如last——texs内。

glBindTexture：用于指定接下来操作的纹理对象的编号，操作包括指定纹理像素、指定纹理参数、指定纹理坐标等。这些操作都会应用在glBindTexture里绑定的纹理对象上。如果不指定，默认会在编号为0的纹理对象上操作。

glTexParameteri：用来设置纹理参数，通常需要设置的参数有4个：

• 第一个是GL_TEXTURE_MAG_FILTER，指当目标大于当前纹理图像时如何处理；
• 第二个是GL_TEXTURE_MIN_FILTER，指当目标小于当前纹理图像时如何处理；
• 第三个是GL_TEXTURE_WRAP_S，指当纹理坐标的第一维坐标值大于1.0或者小于0.0时如何处理。纹理图像的坐标范围是为（0,0）~（1,1），左下角是（0,0），右上角是（1,1）。

glTexEnvf(GL_TEXTURE_ENV, GL_TEXTURE_ENV_MODE, GL_REPLACE)：设置纹理跟材质的融合方式，不同的设置可以产生不同的效果，默认为GL_REPLACE，即只是用纹理，覆盖模型的材质。

glTexImage2D：用于载入一个二维的纹理。

glTexCoord2f：用于绘制图形时指定纹理的坐标。