1. 概述

本文基于C++语言,描述OpenGL的纹理

前置知识可参考:

笔者这里不过多描述每个名词、函数和细节,更详细的文档可以参考:

2. 纹理使用流程

参考:纹理 - LearnOpenGL CN (learnopengl-cn.github.io)

OpenGL中纹理使用流程大致如下:

  • 加载图片数据
  • 创建纹理对象
  • 绑定纹理对象
  • 使用图片数据生成纹理
  • 设置纹理坐标
  • 在顶点着色器中传递纹理
  • 在片段着色器中采用纹理
  • (绘制时)激活纹理并绑定纹理

3. 具体流程

3.1 加载图片数据

使用stb_image.h实现图片数据的读取

参考官方说明:nothings/stb: stb single-file public domain libraries for C/C++ (github.com)

使用以下方式导入:

  1. #define STB_IMAGE_IMPLEMENTATION
  2. #include "stb_image.h"

加载图片数据:

  1. int width, height, nrChannels;
  2. unsigned char *data = stbi_load("container.jpg", &width, &height, &nrChannels, 0);

3.2 创建纹理对象

纹理对象也是使用ID进行引用:

  1. unsigned int texture;
  2. glGenTextures(1, &texture);

3.3 绑定纹理对象

绑定纹理对象,进行之后的纹理配置:

  1. glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, texture);

进行纹理配置:

  1. // 为当前绑定的纹理对象设置环绕、过滤方式
  2. glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_S, GL_REPEAT);
  3. glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_T, GL_REPEAT);
  4. glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_LINEAR);
  5. glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MAG_FILTER, GL_LINEAR);

3.4 使用图片数据生成纹理

通过glTexImage2D()生成纹理:

  1. glTexImage2D(GL_TEXTURE_2D, 0, GL_RGB, width, height, 0, GL_RGB, GL_UNSIGNED_BYTE, data);
  2. glGenerateMipmap(GL_TEXTURE_2D);

3.5 设置纹理坐标

纹理坐标:

  1. float vertices[] = {
  2. // ---- 位置 ---- ---- 颜色 ---- - 纹理坐标 -
  3. 0.5f, 0.5f, 0.0f, 1.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f, 1.0f, // 右上
  4. 0.5f, -0.5f, 0.0f, 0.0f, 1.0f, 0.0f, 1.0f, 0.0f, // 右下
  5. -0.5f, -0.5f, 0.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f, 0.0f, 0.0f, // 左下
  6. -0.5f, 0.5f, 0.0f, 1.0f, 1.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f // 左上
  7. };

现在内存中的坐标格式:

指定纹理坐标属性:

  1. glVertexAttribPointer(2, 2, GL_FLOAT, GL_FALSE, 8 * sizeof(float), (void*)(6 * sizeof(float)));
  2. glEnableVertexAttribArray(2);

3.6 在顶点着色器中传递纹理坐标

在顶点着色器中编写GLSL实现数据传递:

  1. #version 330 core
  2. layout (location = 0) in vec3 aPos;
  3. layout (location = 1) in vec3 aColor;
  4. layout (location = 2) in vec2 aTexCoord;
  5. out vec3 ourColor;
  6. out vec2 TexCoord;
  7. void main()
  8. {
  9. gl_Position = vec4(aPos, 1.0);
  10. ourColor = aColor;
  11. TexCoord = aTexCoord;
  12. }

3.7 在片段着色器中采用纹理

在片段着色器中接收纹理坐标与纹理:

  1. #version 330 core
  2. out vec4 FragColor;
  3. in vec3 ourColor;
  4. in vec2 TexCoord;
  5. uniform sampler2D ourTexture;
  6. void main()
  7. {
  8. FragColor = texture(ourTexture, TexCoord);
  9. }

使用GLSL内置的texture函数来采样纹理的颜色

3.8 激活纹理并绑定纹理(绘制时)

激活纹理单元并绑定纹理数据:

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

4. 代码总结

一个简单的纹理绘制流程完整代码如下:

  1. #include <glad/glad.h>
  2. #include <GLFW/glfw3.h>
  3. #include <iostream>
  4. #include <math.h>
  5. #include "Shader.hpp"
  6. #define STB_IMAGE_IMPLEMENTATION
  7. #include "stb_image.h"
  8. void framebuffer_size_callback(GLFWwindow *window, int width, int height);
  9. void process_input(GLFWwindow *window);
  10. unsigned int *renderInit();
  11. void render(unsigned int shaderProgram, unsigned int VAO, unsigned int texture);
  12. bool checkCompile(unsigned int shader);
  13. bool checkProgram(unsigned int shaderProgram);
  14. int main()
  15. {
  16. glfwInit();
  17. glfwWindowHint(GLFW_CONTEXT_VERSION_MAJOR, 3);
  18. glfwWindowHint(GLFW_CONTEXT_VERSION_MINOR, 3);
  19. GLFWwindow *window = glfwCreateWindow(800, 600, "texture", nullptr, nullptr);
  20. if (window == nullptr)
  21. {
  22. std::cout << "Faild to create window" << std::endl;
  23. glfwTerminate();
  24. }
  25. glfwMakeContextCurrent(window);
  26. if (!gladLoadGLLoader((GLADloadproc)glfwGetProcAddress))
  27. {
  28. std::cout << "Faild to initialize glad" << std::endl;
  29. return -1;
  30. }
  31. glad_glViewport(0, 0, 800, 600);
  32. glfwSetFramebufferSizeCallback(window, framebuffer_size_callback);
  33. unsigned int *arr = renderInit();
  34. while (!glfwWindowShouldClose(window))
  35. {
  36. process_input(window);
  37. // render
  38. std::cout << arr[0] << " " << arr[1] << " " << arr[2] << " " << arr[3] << std::endl;
  39. render(arr[0], arr[1], arr[3]);
  40. glfwSwapBuffers(window);
  41. glfwPollEvents();
  42. }
  43. glDeleteProgram(arr[0]);
  44. glDeleteVertexArrays(1, &arr[1]);
  45. glDeleteBuffers(1, &arr[2]);
  46. glfwTerminate();
  47. return 0;
  48. }
  49. void framebuffer_size_callback(GLFWwindow *window, int width, int height)
  50. {
  51. glViewport(0, 0, width, height);
  52. }
  53. void process_input(GLFWwindow *window)
  54. {
  55. if (glfwGetKey(window, GLFW_KEY_ESCAPE) == GLFW_PRESS)
  56. {
  57. glfwSetWindowShouldClose(window, true);
  58. }
  59. }
  60. unsigned int *renderInit()
  61. {
  62. unsigned int VAO;
  63. glGenVertexArrays(1, &VAO);
  64. glBindVertexArray(VAO);
  65. unsigned int texture;
  66. glGenTextures(1, &texture);
  67. glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, texture);
  68. // 为当前绑定的纹理对象设置环绕、过滤方式
  69. glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_S, GL_REPEAT);
  70. glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_T, GL_REPEAT);
  71. glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_LINEAR);
  72. glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MAG_FILTER, GL_LINEAR);
  73. // 加载并生成纹理
  74. int width, height, nrChannels;
  75. unsigned char *data = stbi_load("../container.jpg", &width, &height, &nrChannels, 0);
  76. if (data)
  77. {
  78. glTexImage2D(GL_TEXTURE_2D, 0, GL_RGB, width, height, 0, GL_RGB, GL_UNSIGNED_BYTE, data);
  79. glGenerateMipmap(GL_TEXTURE_2D);
  80. }
  81. else
  82. {
  83. std::cout << "Failed to load texture" << std::endl;
  84. }
  85. stbi_image_free(data);
  86. float vertices[] = {
  87. // ---- 位置 ---- ---- 颜色 ---- - 纹理坐标 -
  88. 0.5f, 0.5f, 0.0f, 1.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f, 1.0f, // 右上
  89. 0.5f, -0.5f, 0.0f, 0.0f, 1.0f, 0.0f, 1.0f, 0.0f, // 右下
  90. -0.5f, -0.5f, 0.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f, 0.0f, 0.0f, // 左下
  91. -0.5f, 0.5f, 0.0f, 1.0f, 1.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f // 左上
  92. };
  93. unsigned int VBO;
  94. glGenBuffers(1, &VBO);
  95. glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, VBO);
  96. glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(vertices), vertices, GL_STATIC_DRAW);
  97. unsigned int indices[] = {
  98. 0, 1, 3, // first triangle
  99. 1, 2, 3 // second triangle
  100. };
  101. unsigned int EBO;
  102. glGenBuffers(1, &EBO);
  103. glBindBuffer(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, EBO);
  104. glBufferData(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, sizeof(indices), indices, GL_STATIC_DRAW);
  105. glVertexAttribPointer(0, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 8 * sizeof(float), (void *)0);
  106. glEnableVertexAttribArray(0);
  107. glVertexAttribPointer(1, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 8 * sizeof(float), (void *)(3 * sizeof(float)));
  108. glEnableVertexAttribArray(1);
  109. glVertexAttribPointer(2, 2, GL_FLOAT, GL_FALSE, 8 * sizeof(float), (void *)(6 * sizeof(float)));
  110. glEnableVertexAttribArray(2);
  111. Shader shaderProgram = Shader("../test.vs", "../test.fs");
  112. shaderProgram.use();
  113. glUniform1i(glGetUniformLocation(shaderProgram.ID, "texture1"), 0); // 手动设置
  114. return new unsigned int[4]{shaderProgram.ID, VAO, VBO, texture};
  115. }
  116. void render(unsigned int shaderProgram, unsigned int VAO, unsigned int texture)
  117. {
  118. glClearColor(0.2, 0.3, 0.3, 1.0);
  119. glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
  120. glActiveTexture(GL_TEXTURE0);
  121. glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, texture);
  122. glUseProgram(shaderProgram);
  123. glBindVertexArray(VAO);
  124. glDrawElements(GL_TRIANGLES, 6, GL_UNSIGNED_INT, 0);
  125. }

顶点着色器test.vs

  1. #version 330 core
  2. layout (location = 0) in vec3 aPos;
  3. layout (location = 1) in vec3 aColor;
  4. layout (location = 2) in vec2 aTexCoord;
  5. out vec3 ourColor;
  6. out vec2 TexCoord;
  7. void main()
  8. {
  9. gl_Position = vec4(aPos, 1.0);
  10. ourColor = aColor;
  11. TexCoord = aTexCoord;
  12. }

片段着色器test.fs

  1. #version 330 core
  2. out vec4 FragColor;
  3. in vec3 ourColor;
  4. in vec2 TexCoord;
  5. uniform sampler2D texture1;
  6. void main()
  7. {
  8. FragColor = texture(texture1, TexCoord);
  9. }

编译代码并运行:

5. 参考资料

[1]纹理 - LearnOpenGL CN (learnopengl-cn.github.io)

[2]nothings/stb: stb single-file public domain libraries for C/C++ (github.com)

[3]OpenGL学习笔记(五)纹理 - 知乎 (zhihu.com)

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