OpenGL（二十二） gluBuild2DMipmaps 加载Mip纹理贴图

当纹理被用于渲染一个面积比它本身小很多的对象时，会由于纹理图像的降采样率不足而导致混叠现象，主要的表现特征是纹理图像的闪烁，出现纹理躁动。特别是在场景远近移动变换时，这种闪烁情况更为明显，严重可能会影响到模型的视觉质量。一个纹理躁动的示例如下：

上图中可以看到，近处的场景渲染比较清晰，但是远处的纹理出现很多碎点，并且随着场景的远近变化，这种碎点闪烁现象也在无规律的躁动变化，影响视觉体验。

针对这种情况，可以采用Mip贴图模式。Mip贴图的原理是在加载纹理时加载本纹理图像在不同压缩尺度下的多幅纹理图像，从原始的纹理开始，依次降低纹理的宽高为上一个纹理的一半，直到最后纹理的面积为1*1为止。加载的一系列纹理图像类似于图像金字塔，在渲染上，OpenGL自动根据对象模型的状态加载不同等级的纹理对象。

实现Mip纹理贴图可以采用glu中的函数gluBuidl2DMipMaps来实现，函数原型是：

int APIENTRY gluBuild2DMipmaps (
    GLenum      target,
    GLint       components,
    GLint       width,
    GLint       height,
    GLenum      format,
    GLenum      type,
    const void  *data);

第一个参数target标明加载纹理的维度，这是使用GL_TEXTURE_2D；

第二个参数是颜色分量的组成，3和4分别代表RGB和RGBA;

其他参数与glTexImage2D函数保持一致。

另一点是Mip纹理贴图的过滤模式也有所不同，glTexParameteri中的参数GL_TEXTURE_MIN_FILTER和参数GL_TEXTURE_MAG_FILTER会受到过滤影响，下表列出了Mip贴图的纹理过滤模式：

如果采用选取前两个过滤，表示虽然加载了Mip贴图，但只在基础纹理图像上执行过滤，效果跟使用普通纹理一样，可选的一组过滤模式如：

glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_LINEAR_MIPMAP_LINEAR);  

    glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MAG_FILTER, GL_LINEAR_MIPMAP_LINEAR);

示例程序使用Mip贴图模式加载纹理，使用键盘上下方向键控制在隧道内前进和后退，使用左右方向键控制视角选择变换：

#define WindowWidth  400
#define WindowHeight 400
#define WindowTitle  "OpenGL Mip纹理贴图"  

#include <Windows.h>
#include <freeglut.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>  

//定义纹理对象编号
GLuint texGround;
GLuint texWall;
GLuint texSky;

#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
static GLfloat zPosition=10;

// 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_MIN_FILTER, GL_LINEAR_MIPMAP_LINEAR);
	glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MAG_FILTER, GL_LINEAR_MIPMAP_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); */ 

	gluBuild2DMipmaps(GL_TEXTURE_2D,3,width,height,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(65, 1, 1, 100);
	glMatrixMode(GL_MODELVIEW);
	glLoadIdentity();
	gluLookAt(0, 0,zPosition, 0, 0, 0, 0, 1, 0);  

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

	// 绘制左侧墙壁以及纹理
	glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, texWall);
	glBegin(GL_QUADS);
	glTexCoord2f(0.0f, 0.0f); glVertex3f(-5.0f, -5.0f, 100.0f);
	glTexCoord2f(30.0f, 0.0f); glVertex3f(-5.0f, -5.0f, -100.0f);
	glTexCoord2f(30.0f, 2.0f); glVertex3f(-5.0f, 5.0f, -100.0f);
	glTexCoord2f(0.0f, 2.0f); glVertex3f(-5.0f, 5.0f, 100.0f);
	glEnd(); 

	//绘制右侧墙
	glBegin(GL_QUADS);
	glTexCoord2f(0.0f, 0.0f); glVertex3f(5.0f, -5.0f, 100.0f);
	glTexCoord2f(30.0f, 0.0f); glVertex3f(5.0f, -5.0f, -100.0f);
	glTexCoord2f(30.0f, 2.0f); glVertex3f(5.0f, 5.0f, -100.0f);
	glTexCoord2f(0.0f, 2.0f); glVertex3f(5.0f, 5.0f, 100.0f);
	glEnd();  

	//绘制地板
	glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, texGround);
	glBegin(GL_QUADS);
	glTexCoord2f(0.0f, 0.0f); glVertex3f(-5.0f, -5.0f, 100.0f);
	glTexCoord2f(0.0f, 1.0f); glVertex3f(5.0f, -5.0f, 100.0f);
	glTexCoord2f(25.0f, 1.0f); glVertex3f(5.0f, -5.0f, -100.0f);
	glTexCoord2f(25.0f, 0.0f); glVertex3f(-5.0f, -5.0f, -100.0f);
	glEnd();  

	//绘制顶层
	glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, texSky);
	glBegin(GL_QUADS);
	glTexCoord2f(0.0f, 0.0f); glVertex3f(-5.0f, 5.0f, 100.0f);
	glTexCoord2f(0.0f, 3.0f); glVertex3f(5.0f, 5.0f, 100.0f);
	glTexCoord2f(35.0f, 3.0f); glVertex3f(5.0f, 5.0f, -100.0f);
	glTexCoord2f(35.0f, 0.0f); glVertex3f(-5.0f, 5.0f, -100.0f);
	glEnd();
	glutSwapBuffers();
}  

void SpecialKey(GLint key,GLint x,GLint y)
{
	if(key==GLUT_KEY_UP)
	{
		zPosition+=1.0f;
	}
	if(key==GLUT_KEY_DOWN)
	{
		zPosition-=1.0f;
	}
	if(key==GLUT_KEY_LEFT)
	{
		angle+=0.5f;
	}
	if(key==GLUT_KEY_RIGHT)
	{
		angle-=0.5f;
	}
	glutPostRedisplay();
}

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("ground.bmp");  //加载纹理
	texWall = load_texture("wall.bmp");
	texSky=load_texture("sky.bmp");
	glutDisplayFunc(&Display);   //回调函数
	glutSpecialFunc(&SpecialKey);
	glutMainLoop(); //循环调用
	return 0;
}  

远处的墙壁纹理没有了闪烁的变化，只不过显示出来比较模糊（实际显示质量要好一点），可以使用各向异性过滤缓解远处的模糊情况。