Learn OpenGL 04 纹理

纹理环绕方式

纹理坐标的范围通常是从(0, 0)到(1, 1)，那如果我们把纹理坐标设置在范围之外会发生什么？OpenGL默认的行为是重复这个纹理图像（我们基本上忽略浮点纹理坐标的整数部分），但OpenGL提供了更多的选择：

环绕方式	描述
GL_REPEAT	对纹理的默认行为。重复纹理图像。
GL_MIRRORED_REPEAT	和GL_REPEAT一样，但每次重复图片是镜像放置的。
GL_CLAMP_TO_EDGE	纹理坐标会被约束在0到1之间，超出的部分会重复纹理坐标的边缘，产生一种边缘被拉伸的效果。
GL_CLAMP_TO_BORDER	超出的坐标为用户指定的边缘颜色。

当纹理坐标超出默认范围时，每个选项都有不同的视觉效果输出。我们来看看这些纹理图像的例子：

前面提到的每个选项都可以使用glTexParameter*函数对单独的一个坐标轴设置（s、t（如果是使用3D纹理那么还有一个r）它们和x、y、z是等价的）：

glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_S, GL_MIRRORED_REPEAT);
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_T, GL_MIRRORED_REPEAT);

第一个参数指定了纹理目标；我们使用的是2D纹理，因此纹理目标是GL_TEXTURE_2D。第二个参数需要我们指定设置的选项与应用的纹理轴。我们打算配置的是WRAP选项，并且指定S和T轴。最后一个参数需要我们传递一个环绕方式(Wrapping)，在这个例子中OpenGL会给当前激活的纹理设定纹理环绕方式为GL_MIRRORED_REPEAT。

如果我们选择GL_CLAMP_TO_BORDER选项，我们还需要指定一个边缘的颜色。这需要使用glTexParameter函数的fv后缀形式，用GL_TEXTURE_BORDER_COLOR作为它的选项，并且传递一个float数组作为边缘的颜色值：

float borderColor[] = { 1.0f, 1.0f, 0.0f, 1.0f };
glTexParameterfv(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_BORDER_COLOR, borderColor);

纹理过滤

纹理过小的情况

GL_NEAREST（也叫邻近过滤，Nearest Neighbor Filtering）是OpenGL默认的纹理过滤方式。当设置为GL_NEAREST的时候，OpenGL会选择中心点最接近纹理坐标的那个像素。下图中你可以看到四个像素，加号代表纹理坐标。左上角那个纹理像素的中心距离纹理坐标最近，所以它会被选择为样本颜色：

GL_LINEAR（也叫线性过滤，(Bi)linear Filtering）它会基于纹理坐标附近的纹理像素，计算出一个插值，近似出这些纹理像素之间的颜色。一个纹理像素的中心距离纹理坐标越近，那么这个纹理像素的颜色对最终的样本颜色的贡献越大。下图中你可以看到返回的颜色是邻近像素的混合色：

那么这两种纹理过滤方式有怎样的视觉效果呢？让我们看看在一个很大的物体上应用一张低分辨率的纹理会发生什么吧（纹理被放大了，每个纹理像素都能看到）：

GL_NEAREST产生了颗粒状的图案，我们能够清晰看到组成纹理的像素，而GL_LINEAR能够产生更平滑的图案，很难看出单个的纹理像素。GL_LINEAR可以产生更真实的输出，但有些开发者更喜欢8-bit风格，所以他们会用GL_NEAREST选项。

当进行放大(Magnify)和缩小(Minify)操作的时候可以设置纹理过滤的选项，比如你可以在纹理被缩小的时候使用邻近过滤，被放大时使用线性过滤。我们需要使用glTexParameter*函数为放大和缩小指定过滤方式。这段代码看起来会和纹理环绕方式的设置很相似：

glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_NEAREST);
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MAG_FILTER, GL_LINEAR);

 纹理过大的情况

多级渐远纹理（Mipmap）

OpenGL有一个glGenerateMipmaps函数，在创建完一个纹理后调用它OpenGL就会承担接下来的所有工作了。后面的教程中你会看到该如何使用它。

在渲染中切换多级渐远纹理级别(Level)时，OpenGL在两个不同级别的多级渐远纹理层之间会产生不真实的生硬边界。就像普通的纹理过滤一样，切换多级渐远纹理级别时你也可以在两个不同多级渐远纹理级别之间使用NEAREST和LINEAR过滤。为了指定不同多级渐远纹理级别之间的过滤方式，你可以使用下面四个选项中的一个代替原有的过滤方式：

过滤方式	描述
GL_NEAREST_MIPMAP_NEAREST	使用最邻近的多级渐远纹理来匹配像素大小，并使用邻近插值进行纹理采样
GL_LINEAR_MIPMAP_NEAREST	使用最邻近的多级渐远纹理级别，并使用线性插值进行采样
GL_NEAREST_MIPMAP_LINEAR	在两个最匹配像素大小的多级渐远纹理之间进行线性插值，使用邻近插值进行采样
GL_LINEAR_MIPMAP_LINEAR	在两个邻近的多级渐远纹理之间使用线性插值，并使用线性插值进行采样

就像纹理过滤一样，我们可以使用glTexParameteri将过滤方式设置为前面四种提到的方法之一：

glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_LINEAR_MIPMAP_LINEAR);
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MAG_FILTER, GL_LINEAR);

加载与创建纹理

stb_image.h是Sean Barrett的一个非常流行的单头文件图像加载库，它能够加载大部分流行的文件格式。这里我们要使用它来创建和加载纹理

#define STB_IMAGE_IMPLEMENTATION
#include "stb_image.h"

通过定义STB_IMAGE_IMPLEMENTATION，预处理器会修改头文件，让其只包含相关的函数定义源码，等于是将这个头文件变为一个 .cpp 文件了。现在只需要在你的程序中包含stb_image.h并编译就可以了。

生成纹理

    unsigned int texture, texture2;glGenTextures(1, &texture);glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, texture);// 为当前绑定的纹理对象设置环绕、过滤方式glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_S, GL_REPEAT);glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_T, GL_REPEAT);glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_LINEAR);glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MAG_FILTER, GL_LINEAR);// 加载并生成纹理int width, height, nrChannels;stbi_set_flip_vertically_on_load(true);unsigned char* data = stbi_load("container.jpg", &width, &height, &nrChannels, 0);//std::cout << "宽度：" << width << "高度： " << height << "颜色通道数量  " << nrChannels << std::endl;if (data){glTexImage2D(GL_TEXTURE_2D, 0, GL_RGB, width, height, 0, GL_RGB, GL_UNSIGNED_BYTE, data);//第一个参数指定了纹理目标(Target)。设置为GL_TEXTURE_2D意味着会生成与当前绑定的纹理对象在同一个目标上的纹理（任何绑定到GL_TEXTURE_1D和GL_TEXTURE_3D的纹理不会受到影响）。//第二个参数为纹理指定多级渐远纹理的级别，如果你希望单独手动设置每个多级渐远纹理的级别的话。这里我们填0，也就是基本级别。//第三个参数告诉OpenGL我们希望把纹理储存为何种格式。我们的图像只有RGB值，因此我们也把纹理储存为RGB值。//第四个和第五个参数设置最终的纹理的宽度和高度。我们之前加载图像的时候储存了它们，所以我们使用对应的变量。//下个参数应该总是被设为0（历史遗留的问题）。//第七第八个参数定义了源图的格式和数据类型。我们使用RGB值加载这个图像，并把它们储存为char(byte)数组，我们将会传入对应值。//最后一个参数是真正的图像数据。glGenerateMipmap(GL_TEXTURE_2D);//生成MipMap    }else{std::cout << "Failed to load texture" << std::endl;}stbi_image_free(data);//释放图像的内存// texture 2// ---------glGenTextures(1, &texture2);glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, texture2);// set the texture wrapping parametersglTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_S, GL_REPEAT);	// set texture wrapping to GL_REPEAT (default wrapping method)glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_T, GL_REPEAT);// set texture filtering parametersglTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_LINEAR);glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MAG_FILTER, GL_LINEAR);// load image, create texture and generate mipmapsdata = stbi_load("awesomeface.png", &width, &height, &nrChannels, 0);//std::cout << "宽度：" << width << "高度： " << height << "颜色通道数量  " << nrChannels << std::endl;if (data){// note that the awesomeface.png has transparency and thus an alpha channel, so make sure to tell OpenGL the data type is of GL_RGBAglTexImage2D(GL_TEXTURE_2D, 0, GL_RGBA, width, height, 0, GL_RGBA, GL_UNSIGNED_BYTE, data);glGenerateMipmap(GL_TEXTURE_2D);for (int i = 0; i < 50; i++){std::cout << (int)data[i] << std::endl;}}else{std::cout << "Failed to load texture" << std::endl;}stbi_image_free(data);

应用纹理

修改了顶点属性以后顶点属性指针的步长和偏移量都要改，然后顶点着色器也要修改成接受一个新的顶点属性（UV）

GLSL有一个供纹理对象使用的内建数据类型，叫做采样器(Sampler)，它以纹理类型作为后缀，比如sampler1D、sampler3D，或在我们的例子中的sampler2D。

绑定纹理它会自动把纹理赋值给片段着色器的采样器：

glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, texture);

纹理单元

纹理单元的主要目的是让我们在着色器中可以使用多于一个的纹理。通过把纹理单元赋值给采样器，我们可以一次绑定多个纹理，只要我们首先激活对应的纹理单元。就像glBindTexture一样，我们可以使用glActiveTexture激活纹理单元，传入我们需要使用的纹理单元：

glActiveTexture(GL_TEXTURE0); // 在绑定纹理之前先激活纹理单元
glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, texture);

激活纹理单元之后，接下来的glBindTexture函数调用会绑定这个纹理到当前激活的纹理单元，纹理单元GL_TEXTURE0默认总是被激活，所以我们在前面的例子里当我们使用glBindTexture的时候，无需激活任何纹理单元。

为了使用第二个纹理（以及第一个），我们必须改变一点渲染流程，先绑定两个纹理到对应的纹理单元，然后定义哪个uniform采样器对应哪个纹理单元：

glActiveTexture(GL_TEXTURE0);
glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, texture1);
glActiveTexture(GL_TEXTURE1);
glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, texture2);glBindVertexArray(VAO);
glDrawElements(GL_TRIANGLES, 6, GL_UNSIGNED_INT, 0);

我们还要通过使用glUniform1i设置每个采样器的方式告诉OpenGL每个着色器采样器属于哪个纹理单元。我们只需要设置一次即可，所以这个会放在渲染循环的前面：

ourShader.use(); // 不要忘记在设置uniform变量之前激活着色器程序！
glUniform1i(glGetUniformLocation(ourShader.ID, "texture1"), 0); // 手动设置
ourShader.setInt("texture2", 1); // 或者使用着色器类设置

OpenGL要求y轴0.0坐标是在图片的底部的，但是图片的y轴0.0坐标通常在顶部。很幸运，stb_image.h能够在图像加载时帮助我们翻转y轴，只需要在加载任何图像前加入以下语句即可：

stbi_set_flip_vertically_on_load(true);

完成 

练习

• 修改片段着色器，仅让笑脸图案朝另一个方向看，参考解答

相当于对称，采样的u坐标使用1-u就可以了

    FragColor = mix(texture(texture1, TexCoord), texture(texture2, vec2(1-TexCoord.x,TexCoord.y)), 0.2);

• 尝试用不同的纹理环绕方式，设定一个从0.0f到2.0f范围内的（而不是原来的0.0f到1.0f）纹理坐标。试试看能不能在箱子的角落放置4个笑脸：参考解答，结果。记得一定要试试其它的环绕方式。

直接对UV坐标*2即可

    FragColor = mix(texture(texture1, TexCoord), texture(texture2, 2*TexCoord), 0.2);

REPEAT                                                    MIRRORED_REPEAT(就设置了x轴）

 

GL_CLAMP_TO_EDGE                                 GL_CLAMP_TO_BORDER（边缘为红色）

• 尝试在矩形上只显示纹理图像的中间一部分，修改纹理坐标，达到能看见单个的像素的效果。尝试使用GL_NEAREST的纹理过滤方式让像素显示得更清晰：参考解答

修改UV坐标为中间位置坐标就可以采样到中间的位置，设置环绕模式为GL_CLAMP_TO_EDGE

• 使用一个uniform变量作为mix函数的第三个参数来改变两个纹理可见度，使用上和下键来改变箱子或笑脸的可见度：参考解答。

 修改片段着色器

#version 330 core
out vec4 FragColor;in vec3 ourColor;
in vec2 TexCoord;uniform sampler2D texture1;
uniform sampler2D texture2;
uniform float mixValue;void main()
{FragColor = mix(texture(texture1, TexCoord), texture(texture2, TexCoord), mixValue);// FragColor = mix(texture(texture1, TexCoord), texture(texture2, vec2(1-TexCoord.x,TexCoord.y)), mixValue);
}

之后再main.cpp中声明同名字的变量，然后修改输入检测函数

在循环里面修改mixValue的值

void processInput(GLFWwindow* window)
{if (glfwGetKey(window, GLFW_KEY_ESCAPE) == GLFW_PRESS)//检测是否按下返回键glfwSetWindowShouldClose(window, true);if (glfwGetKey(window, GLFW_KEY_UP) == GLFW_PRESS){mixValue += 0.001f; // change this value accordingly (might be too slow or too fast based on system hardware)if (mixValue >= 1.0f)mixValue = 1.0f;}if (glfwGetKey(window, GLFW_KEY_DOWN) == GLFW_PRESS){mixValue -= 0.001f; // change this value accordingly (might be too slow or too fast based on system hardware)if (mixValue <= 0.0f)mixValue = 0.0f;}
}