纹理(Texture)

为每一个像素点设置颜色,可以构成简单的有趣的图形,但如果要构成一张复杂的
图形,这种方式未免显得有些笨拙,因此,在模型上贴上一张贴图就显得快多了,这个贴图,就是OpenGL中的纹理
纹理可以是2D的图片,可以是png,jpg,或者其他的格式,也可以是1D和3D的纹理。


纹理坐标

[8].纹理,给贴一张图片吧 - 图1
在OpenGL中,纹理坐标是以左下角为原点,向右上角延伸,因此在一般的绘制中,最终呈现的结果会是一张上下颠倒的图片,为此,需要用特定的形式将图片翻转过来,才能达到我们想要的效果。


纹理填充

一般情况下,纹理的大小并不会与屏幕刚好契合,在不做任何处理的情况下,纹理会被拉伸(或者是被压缩),效果很差,目前,只能通过修改顶点坐标的方式来暂时解决这个问题(毕竟还在学习嘛),当然,后续是有专门的途径来解决这个问题的啦~
[8].纹理,给贴一张图片吧 - 图2


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。

[8].纹理,给贴一张图片吧 - 图3


纹理过滤

当一张低分辨率的图片被放的很大时,不经过处理,OpenGL对纹理的像素就会产生很多问题,因此,需要用到纹理过滤,来缓解这个问题,在OpenGL中,纹理过滤有很多种方式,最常用的两种是GL_NEAREST(邻近过滤)GL_LINEAR(线性过滤)

过滤方式 描述 原理 效果
GL_NEAREST OpenGL默认的纹理过滤方式,OpenGL会选择中心点最接近纹理坐标的那个像素 [8].纹理,给贴一张图片吧 - 图4 [8].纹理,给贴一张图片吧 - 图5
GL_LINEAR 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 [8].纹理,给贴一张图片吧 - 图6 [8].纹理,给贴一张图片吧 - 图7

多级渐远纹理

想象一下,假设我们有一个包含着上千物体的大房间,每个物体上都有纹理。有些物体会很远,但其纹理会拥有与近处物体同样高的分辨率。由于远处的物体可能只产生很少的片段,OpenGL从高分辨率纹理中为这些片段获取正确的颜色值就很困难,因为它需要对一个跨过纹理很大部分的片段只拾取一个纹理颜色。在小物体上这会产生不真实的感觉,更不用说对它们使用高分辨率纹理浪费内存的问题了。

OpenGL使用一种叫做多级渐远纹理(Mipmap)的概念来解决这个问题,它简单来说就是一系列的纹理图像,后一个纹理图像是前一个的二分之一。多级渐远纹理背后的理念很简单:距观察者的距离超过一定的阈值,OpenGL会使用不同的多级渐远纹理,即最适合物体的距离的那个。由于距离远,解析度不高也不会被用户注意到。同时,多级渐远纹理另一加分之处是它的性能非常好。让我们看一下多级渐远纹理是什么样子的:
[8].纹理,给贴一张图片吧 - 图8
手工为每个纹理图像创建一系列多级渐远纹理很麻烦,幸好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

一个常见的错误是,将放大过滤的选项设置为多级渐远纹理过滤选项之一。这样没有任何效果,因为多级渐远纹理主要是使用在纹理被缩小的情况下的:纹理放大不会使用多级渐远纹理,为放大过滤设置多级渐远纹理的选项会产生一个GL_INVALID_ENUM错误代码。


剩下的内容将在后续Demo中详细展现