图形学_opengl纹理映射

技术分享4年前 (2020)更新技术分享

学了半学期的图形学，除了几个用python或是matlab比较方便的实验外，用的大多数是opengl，在这总结一下纹理贴图实验中opengl的用法。

1、编译器连接静态库

有用到glaux.h的程序，在加入相应的.h、.lib文件后，需要加入两行代码强行连接静态库：

#pragma comment(lib, "glaux")
#pragma comment(lib, "legacy_stdio_definitions")

另外关于glaux.h，我想吐槽的是在csdn卖下载的人是有多想赚钱？……这里我把找到的glaux.h的下载链接贴出来，需要自取：

链接：https://pan.baidu.com/s/1-P44eWXlehmd9jPYuXNiHw 提取码：hbi6

2、画一个简单立方体

最终目的是要把贴图映射到一个立方体上，首先我们需要构建一个不存在任何纹理的立方体。首先构建绘制函数：

void Draw(void){ glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT); glLoadIdentity(); glTranslatef(0.0f, 0.0f, -5.0f); glBegin(GL_QUADS); glVertex3f(-1.0f, -1.0f, 1.0f); glVertex3f(1.0f, -1.0f, 1.0f); glVertex3f(1.0f, 1.0f, 1.0f); glVertex3f(-1.0f, 1.0f, 1.0f); glVertex3f(-1.0f, -1.0f, -1.0f); glVertex3f(-1.0f, 1.0f, -1.0f); glVertex3f(1.0f, 1.0f, -1.0f); glVertex3f(1.0f, -1.0f, -1.0f); glVertex3f(-1.0f, 1.0f, -1.0f); glVertex3f(-1.0f, 1.0f, 1.0f); glVertex3f(1.0f, 1.0f, 1.0f); glVertex3f(1.0f, 1.0f, -1.0f); glVertex3f(-1.0f, -1.0f, -1.0f); glVertex3f(1.0f, -1.0f, -1.0f); glVertex3f(1.0f, -1.0f, 1.0f); glVertex3f(-1.0f, -1.0f, 1.0f); glVertex3f(1.0f, -1.0f, -1.0f); glVertex3f(1.0f, 1.0f, -1.0f); glVertex3f(1.0f, 1.0f, 1.0f); glVertex3f(1.0f, -1.0f, 1.0f); glVertex3f(-1.0f, -1.0f, -1.0f); glVertex3f(-1.0f, -1.0f, 1.0f); glVertex3f(-1.0f, 1.0f, 1.0f); glVertex3f(-1.0f, 1.0f, -1.0f); glEnd(); glFlush(); }

首先使用大家都喜欢的（必须用的）清屏函数glClear将窗口清除成当前帧的颜色，不用的话满屏漆黑。glLoadIdentity()被用于重置观察模型矩阵（感觉这几个函数挺固定搭配的？）；glTranslatef()用于移动模型，三个参数分别对应x，y，z轴线模型的移动，这里向负方向移动了5f。不挪或者向正方向挪，只会造成我们的视点根本无法观察到模型，负方向5f的位置相对大小比较合适。

模板一样的东西套完以后，可以注意到glBegin()和glEnd()之间有一万个（不是）glVertex3f的堆叠，用于确定立方体的点。glBegin的参数QUADS表示接下来要绘制以四个点为一组的四边形，其他参数的含义如下：

GL_POINTS：把每个顶点作为一个点进行处理，顶点n定义了点n，绘制N个点。

GL_LINES：把每个顶点作为一个独立的线段，顶点2n-1和2n之间定义了n条线段，绘制N/2条线段

GL_LINE_STRIP：绘制从第一个顶点到最后一个顶点依次相连的一组线段，第n和n+1个顶点定义了线段n，绘制n-1条线段。

GL_LINE_LOOP：绘制从第一个顶点到最后一个顶点依次相连的一组线段，然后最后一个顶点和第一个顶点相连，第n和n+1个顶点定义了线段n，绘制n条线段。

GL_TRIANGLES：把每个顶点作为一个独立的三角形，顶点3n-2，3n-1和3n定义了第n个三角形，绘制了N/3个三角形。

GL_TRIANGLE_STPIP：绘制一组相连的三角形，对于奇数n，顶点n，n+1，和n+2定义了第n个三角形；对于偶数n，顶点n+1，n和n+2定义了第n个三角形，绘制N-2个三角形。

GL_QUAD_STRIP：绘制一组相连的四边形。每个四边形是由一对顶点及其后给定的一对顶点共同确定的。顶点2n-1，2n，2n+2和2n+1定义了第n个四边形，绘制了N/2-1个四边形。

GL_POLYGON：绘制了一个凸多边形。顶点1到n定义了这个多边形。

而glVertex3f()的三个函数对应x,y,z轴的坐标，共4*6个glVertex3f()函数调用，对应立方体6个面的4个点。最后使用glFlush()清除缓存。

再构建一个display函数用于展示，将绘制函数置于display函数中：

void display(void){ glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT); Draw(); glutSwapBuffers(); }

清屏函数还是熟悉的味道，只是多了glutSwapBuffers()用于交换缓冲区和显示图形。

接下来是一个实现绘图之后转换矩阵模式的函数，用于主函数中的回调函数glutReshapeFunc()中:

void reshape(GLsizei w, GLsizei h){ glViewport(0, 0, w, h); glMatrixMode(GL_PROJECTION); gluPerspective(60, (GLfloat)w / h, 0, 100);  
    glMatrixMode(GL_MODELVIEW);      
}

绘图以后先将矩阵模式调为投影模式，在投影模式下使用gluPerspective调整投影模型（不同模式下能执行的操作不一样），四个参数分别代表视野范围（值越大，视野范围越宽阔），裁剪面的宽w高h比（影响到视野的截面有多大），近裁剪面到眼睛的距离，远裁剪面到眼睛的距离（都不能设置设置为负值）。设置完之后把矩阵设置为视图模式。

最后是main()函数：

int main(int argc, char* argv[]){ glutInit(&argc, argv); glutInitDisplayMode(GLUT_RGB | GLUT_SINGLE); glutInitWindowSize(600, 600); glutInitWindowPosition(100, 100); glutCreateWindow("大立方体？"); glutDisplayFunc(display); glutReshapeFunc(reshape); glutMainLoop(); return 0; }

main函数的固定搭配glutInit()，之后设置显示模式为RGB单缓存区，分别设置窗口大小和位置之后，使用glutDisplayFunc()调用display()，glutReshapeFunc调用reshape，所得图形是这样：

图形学_opengl纹理映射

呃…这不是个正方形嘛，其实只是我们的视点正对着立方体而已。

接下来给它贴上纹理，首先加入三轴的旋转变量与一个纹理数组：

GLfloat  xrot = 0; 
GLfloat  yrot = 0;  
GLfloat  zrot = 0;   
GLuint  texture[1];

读入贴图文件：

AUX_RGBImageRec* LoadBMP(const char Filename[7]){ FILE* File = NULL; if (!Filename){ return NULL; } File = fopen(Filename, "r"); if (File) { fclose(File); return auxDIBImageLoadA(Filename); } return NULL; }

听说是固定搭配？

有了读取位图的函数，我们需要将它转换成纹理：

int LoadGLTextures(GLuint* texture, const char bmp_file_name[7], int texture_id){ int re=1; AUX_RGBImageRec* TextureImage[1]; memset(TextureImage, 0, sizeof(void*) * 1); if (TextureImage[0] = LoadBMP(bmp_file_name)){ re = 0; glGenTextures(texture_id, texture); glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, *texture); glTexImage2D(GL_TEXTURE_2D, 0, 3, TextureImage[0]->sizeX, TextureImage[0]->sizeY, 0, GL_RGB, GL_UNSIGNED_BYTE, TextureImage[0]->data); glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_LINEAR); glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MAG_FILTER, GL_LINEAR); } if (TextureImage[0]){ if (TextureImage[0]->data){ free(TextureImage[0]->data); } free(TextureImage[0]); } else printf("纹理不存在"); return re; }

首先声明一个AUX_RGBImageRec类型的指针，memset初始化之后调用之前的函数载入位图，glGenTextures生成纹理，参数分别为生成纹理的数量与指针，使用glBindTexture 将一个命名的纹理绑定到一个纹理目标上，glTexImage2D功能是根据指定的参数，生成一个2D纹理，这里的长、宽都必须是2的整数次方，glTexParameteri……是神秘的纹理过滤函数，对我们的纹理分别进行了一次缩小与放大的线性过滤。纹理生成之后，释放原图像的空间。

接下来修改绘制函数，将纹理映射到六个面上：

void Draw(void){ glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT ); glLoadIdentity(); 
 glTranslatef(0.0f, 0.0f, -5.0f); glRotatef(xrot, 1.0f, 0.0f, 0.0f); glRotatef(yrot, 0.0f, 1.0f, 0.0f); glRotatef(zrot, 0.0f, 0.0f, 1.0f); glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, texture[0]); glBegin(GL_QUADS); glTexCoord2f(0.0f, 0.0f); glVertex3f(-1.0f, -1.0f, 1.0f); glTexCoord2f(1.0f, 0.0f); glVertex3f(1.0f, -1.0f, 1.0f); glTexCoord2f(1.0f, 1.0f); glVertex3f(1.0f, 1.0f, 1.0f); glTexCoord2f(0.0f, 1.0f); glVertex3f(-1.0f, 1.0f, 1.0f); glTexCoord2f(1.0f, 0.0f); glVertex3f(-1.0f, -1.0f, -1.0f); glTexCoord2f(1.0f, 1.0f); glVertex3f(-1.0f, 1.0f, -1.0f); glTexCoord2f(0.0f, 1.0f); glVertex3f(1.0f, 1.0f, -1.0f); glTexCoord2f(0.0f, 0.0f); glVertex3f(1.0f, -1.0f, -1.0f); glTexCoord2f(0.0f, 1.0f); glVertex3f(-1.0f, 1.0f, -1.0f); glTexCoord2f(0.0f, 0.0f); glVertex3f(-1.0f, 1.0f, 1.0f); glTexCoord2f(1.0f, 0.0f); glVertex3f(1.0f, 1.0f, 1.0f); glTexCoord2f(1.0f, 1.0f); glVertex3f(1.0f, 1.0f, -1.0f); glTexCoord2f(1.0f, 1.0f); glVertex3f(-1.0f, -1.0f, -1.0f); glTexCoord2f(0.0f, 1.0f); glVertex3f(1.0f, -1.0f, -1.0f); glTexCoord2f(0.0f, 0.0f); glVertex3f(1.0f, -1.0f, 1.0f); glTexCoord2f(1.0f, 0.0f); glVertex3f(-1.0f, -1.0f, 1.0f); glTexCoord2f(1.0f, 0.0f); glVertex3f(1.0f, -1.0f, -1.0f); glTexCoord2f(1.0f, 1.0f); glVertex3f(1.0f, 1.0f, -1.0f); glTexCoord2f(0.0f, 1.0f); glVertex3f(1.0f, 1.0f, 1.0f); glTexCoord2f(0.0f, 0.0f); glVertex3f(1.0f, -1.0f, 1.0f); glTexCoord2f(0.0f, 0.0f); glVertex3f(-1.0f, -1.0f, -1.0f); glTexCoord2f(1.0f, 0.0f); glVertex3f(-1.0f, -1.0f, 1.0f); glTexCoord2f(1.0f, 1.0f); glVertex3f(-1.0f, 1.0f, 1.0f); glTexCoord2f(0.0f, 1.0f); glVertex3f(-1.0f, 1.0f, -1.0f); 
 glEnd(); glFlush(); }

glRotatef用来设置opengl中绘制实体的自转方式，为我们的模型动起来做准备。比起之前的draw函数，这里多了glTexCoord2f，两参数分别为X轴坐标，Y轴坐标，用于绘制图形时指定纹理的坐标，其中x、y的坐标：0.0是纹理的左侧，1.0是纹理的右侧；0.0是纹理的底部，1.0是纹理的顶部。

这里继续新增一个纹理初始化函数：

void init(void){ glClearColor(1.0, 1.0, 1.0, 0.0); glCullFace(GL_BACK); glEnable(GL_CULL_FACE); glEnable(GL_TEXTURE_2D); LoadGLTextures(&texture[0], "111_.bmp", 1); }

使用清屏函数之后，使用glCullFace禁用多边形背面上的光照、阴影和颜色计算及操作，消除不必要的渲染计算，使用glEnable开启之前的消除操作。最后载入之前生成的纹理。

给出我们修改以后的主函数：

int main(int argc, char* argv[]){ glutInit(&argc, argv); glutInitDisplayMode(GLUT_RGB | GLUT_SINGLE); glutInitWindowSize(600, 600); glutInitWindowPosition(100, 100); glutCreateWindow("贴图立方体？"); init(); LoadGLTextures(&texture[0], "111_.bmp", 1); glutDisplayFunc(display); glutReshapeFunc(reshape); glutMainLoop(); return 0; }

可以注意到新增了初始化函数与纹理载入函数，结果为：

图形学_opengl纹理映射

看起来还只是一个平面图？为了让它转起来，写入鼠标响应函数：

void RotateRect() { xrot += 1.0f; glutPostRedisplay(); yrot += 1.0f; glutPostRedisplay(); zrot += 1.0f; glutPostRedisplay(); Sleep(10); } void OnMouse(int button, int state, int x, int y){ if (button == GLUT_LEFT_BUTTON && state == GLUT_DOWN){ glutIdleFunc(RotateRect); } if (button == GLUT_RIGHT_BUTTON && state == GLUT_DOWN){ glutIdleFunc(NULL); } }

在RotateRect中修改各个维度的旋转量，使用glutPostRedisplay进行重绘，为了不使它暴走旋转，调用winbase.h中的Sleep函数，变量改变一次暂停程序10毫秒。定义鼠标响应函数，左键启动，右键暂停（返回NULL），在回调函数glutIdleFunc中调用RotateRect功能。

修改主函数：

int main(int argc, char* argv[]){ glutInit(&argc, argv);  //固定格式
    glutInitDisplayMode(GLUT_RGB | GLUT_SINGLE); glutInitWindowSize(600, 600); glutInitWindowPosition(100, 100); glutCreateWindow("贴图立方体？"); init(); LoadGLTextures(&texture[0], "111_.bmp", 1); glutDisplayFunc(display); glutReshapeFunc(reshape); glutMouseFunc(&OnMouse); glutMainLoop(); return 0; }