我们在前一课中,学习了简单的像素操作,这意味着我们可以使用各种各样的BMP文件来丰富程序的显示效果,于是我们的OpenGL图形程序也不再像以前总是只显示几个多边形那样单调了。——但是这还不够。虽然我们可以将像素数据按照矩形进行缩小和放大,但是还不足以满足我们的要求。例如要将一幅世界地图绘制到一个球体表面,只使用glPixelZoom这样的函数来进行缩放显然是不够的。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。纹理映射功能十分强大,利用它可以实现目前计算机动画中的大多数效果,但是它也很复杂,我们不可能一次性的完全讲解。这里的课程只是关于二维纹理的简单使用。但即使是这样,也会使我们的程序在显示效果上迈出一大步。 下面几张图片说明了纹理的效果。前两张是我们需要的纹理,后一张是我们使用纹理后,利用OpenGL所产生出的效果。 纹理的使用是非常复杂的。因此即使是入门教程,在编写时我也多次进行删改,很多东西都被精简掉了,但本课的内容仍然较多,大家要有一点心理准备~ 1、启用纹理和载入纹理 就像我们曾经学习过的OpenGL光照、混合等功能一样。在使用纹理前,必须启用它。OpenGL支持一维纹理、二维纹理和三维纹理,这里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:
glEnable(GL_TEXTURE_2D); // 启用二维纹理
glDisable(GL_TEXTURE_2D); // 禁用二维纹理
GLint
max;
glGetIntegerv(GL_MAX_TEXTURE_SIZE, &max);
glTexImage2D(GL_TEXTURE_2D,
0, GL_RGB, width, height, 0, GL_BGR_EXT, GL_UNSIGNED_BYTE, pixels);
glBegin(
/* ... */ );
glTexCoord2f( /* ... */ ); glVertex3f( /* ... */ ); glTexCoord2f( /* ... */ ); glVertex3f( /* ... */ ); /* ... */ glEnd();
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D,
GL_TEXTURE_WRAP_S, GL_REPEAT);
4、纹理对象 glTexImage2D(
/* ... */ ); // 载入第一幅纹理
// 使用第一幅纹理 glTexImage2D( /* ... */ ); // 载入第二幅纹理 // 使用第二幅纹理 // 当纹理的数量增加时,这段代码会变得更加复杂。
GLuint
texture_ID;
glGenTextures(1, &texture_ID); // 分配一个纹理对象的编号
GLuint
texture_ID_list[5];
glGenTextures(5, texture_ID_list); // 分配5个纹理对象的编号
//
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
#define WindowWidth 400
#define WindowHeight 400 #define WindowTitle "OpenGL纹理测试" #include <gl/glut.h> #include <stdio.h> #include <stdlib.h> /* 函数grab * 抓取窗口中的像素 * 假设窗口宽度为WindowWidth,高度为WindowHeight */ #define BMP_Header_Length 54 void grab(void) { FILE* pDummyFile; FILE* pWritingFile; GLubyte* pPixelData; GLubyte BMP_Header[BMP_Header_Length]; GLint i, j; GLint PixelDataLength; // 计算像素数据的实际长度 i = WindowWidth * 3; // 得到每一行的像素数据长度 while( i%4 != 0 ) // 补充数据,直到i是的倍数 ++i; // 本来还有更快的算法, // 但这里仅追求直观,对速度没有太高要求 PixelDataLength = i * WindowHeight; // 分配内存和打开文件 pPixelData = (GLubyte*)malloc(PixelDataLength); if( pPixelData == 0 ) exit(0); pDummyFile = fopen("dummy.bmp", "rb"); if( pDummyFile == 0 ) exit(0); pWritingFile = fopen("grab.bmp", "wb"); if( pWritingFile == 0 ) exit(0); // 读取像素 glPixelStorei(GL_UNPACK_ALIGNMENT, 4); glReadPixels(0, 0, WindowWidth, WindowHeight, GL_BGR_EXT, GL_UNSIGNED_BYTE, pPixelData); // 把dummy.bmp的文件头复制为新文件的文件头 fread(BMP_Header, sizeof(BMP_Header), 1, pDummyFile); fwrite(BMP_Header, sizeof(BMP_Header), 1, pWritingFile); fseek(pWritingFile, 0x0012, SEEK_SET); i = WindowWidth; j = WindowHeight; fwrite(&i, sizeof(i), 1, pWritingFile); fwrite(&j, sizeof(j), 1, pWritingFile); // 写入像素数据 fseek(pWritingFile, 0, SEEK_END); fwrite(pPixelData, PixelDataLength, 1, pWritingFile); // 释放内存和关闭文件 fclose(pDummyFile); fclose(pWritingFile); free(pPixelData); } 第二段代码是我们的重点。它包括两个函数。其中power_of_two比较简单,虽然实现手段有点奇特,但也并非无法理解(即使真的无法理解,读者也可以给出自己的解决方案,用一些循环以及多使用一些位操作也没关系。反正,这里不是重点啦)。另一个load_texture函数却是重头戏:打开BMP文件、读取其中的高度和宽度信息、计算像素数据所占的字节数、为像素数据分配空间、读取像素数据、对像素图象进行缩放(如果必要的话)、分配新的纹理编号、填写纹理参数、载入纹理,所有的功能都在同一个函数里面完成了。为了叙述方便,我把所有的解释都放在了注释里。 /*
函数power_of_two
* 检查一个整数是否为2的整数次方,如果是,返回1,否则返回0 * 实际上只要查看其二进制位中有多少个,如果正好有1个,返回1,否则返回0 * 在“查看其二进制位中有多少个”时使用了一个小技巧 * 使用n &= (n-1)可以使得n中的减少一个(具体原理大家可以自己思考) */ 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, 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; } 第三段代码是关于显示的部分,以及main函数。注意,我们只在main函数中读取了两幅纹理,并把它们保存在各自的纹理对象中,以后就再也不载入纹理。每次绘制时使用glBindTexture在不同的纹理对象中切换。另外,我们使用了超过1.0的纹理坐标,由于GL_TEXTURE_WRAP_S和GL_TEXTURE_WRAP_T参数都被设置为GL_REPEAT,所以得到的效果就是纹理像素的重复,有点向地板砖的花纹那样。读者可以试着修改“墙”的纹理坐标,将5.0修改为10.0,看看效果有什么变化。 /*
两个纹理对象的编号
*/ GLuint texGround; GLuint texWall; 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 glutSwapBuffers(); grab(); } 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); glutDisplayFunc(&display); // 在这里做一些初始化 glEnable(GL_DEPTH_TEST); glEnable(GL_TEXTURE_2D); texGround = load_texture("ground.bmp"); texWall = load_texture("wall.bmp"); // 开始显示 glutMainLoop(); return 0; } 小结: |
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