多重纹理和纹理组合器

本文主要介绍OpenGL中两种技术的使用方法：多重纹理技术和纹理组合器技术，最终根据参考【2】中的代码，实现了两个简单的演示DEMO，其中使用到了《八叉树颜色量化、BMP、TGA文件解析》篇章中提供的图像解析类。

下载地址：https://github.com/twinklingstar20/twinklingstar_cn_demo_multitexture_texture_combiner/

一．多重纹理技术(Multitexture)

1.1 多重纹理技术简介

OpenGL在渲染多边形时允许多张纹理同时被应用，这些纹理在操作管线上一个接一个的被处理。一个纹理单元（texture unit）表示单个纹理的操作，一个纹理单元处理完成后，将它的结果传递给下一个纹理单元，直至所有的纹理单元都被处理完。下图显示了片断（fragment）经历的四个纹理操作过程。

2013-12-2 22-39-39

图1.片断经历的四个纹理过程

注意：在反馈模式下，除了第一个纹理单元外多重纹理是处于未定义的状态，即只有第一张纹理单元能用（In feedback mode, multitexturing is undefined beyond the first texture unit）。

1.2 使用多重纹理的几个步骤

（1）建立每个纹理单元的纹理状态，包括纹理图像数据，过滤器，环境，矩阵，纹理函数生成方式等。可用glActiveTexture()函数以改变当前的纹理状态，然后调用glTexImage*()，glTexParameter*()，glTexEnv*()，glTexGen*()，glBindTexture()方法分配每个纹理单元的纹理信息，纹理状态、纹理坐标和光栅化纹理坐标的查询都应用在当前纹理单上，即glActiveTexture()指定的纹理单元。此外，可以使用glGetIntegerv(GL_MAX_TEXTURE_UNITS,…)显示当前实现中允许的最大纹理单元数，得到的最大纹理单元数至少为2。

注意：glPushAttrib()，glPushClientAttrib()，glPopAttrib()，或者glPopClientAttrib()可以保存或者恢复所有纹理单元的纹理状态，但是纹理矩阵堆栈除外。

（2）可以用glMultiTexCoord*()函数规定每个顶点上不同纹理单元的纹理坐标。下面的代码片段演示该函数的用法：

  glBegin(GL_TRIANGLES);
 glMultiTexCoord2f(GL_TEXTURE0,0.0f,0.0f);
 glMultiTexCoord2f(GL_TEXTURE1,1.0f,0.0f);
 glVertex2f(0.0f,0.0f);
 glMultiTexCoord2f(GL_TEXTURE0,0.5f,1.0f);
 glMultiTexCoord2f(GL_TEXTURE1,0.5f,0.0f);
 glVertex2f(50.0f,100.0f);
 glMultiTexCoord2f(GL_TEXTURE0,1.0f,0.0f);
 glMultiTexCoord2f(GL_TEXTURE1,1.0f,1.0f);
 glVertex2f(100.0f,0.0f);
 glEnd();
 

注意：如果使用glTexCoord*()相当于采用了第一个纹理单元的纹理坐标，即与glMultiTexCoord*(GL_TEXTURE0,…)等价。

（3）恢复使用单个纹理。在使用多重纹理时，如果想要恢复使用单个纹理，需要禁用除纹理单位0之外的所有纹理单位。如下面的代码片段所示：

  glActiveTexture(GL_TEXTURE1);
 glDisable(GL_TEXTURE_2D);
 glActiveTexture(GL_TEXTURE2);
 glDisable(GL_TEXTURE_2D);
 glActiveTexture(GL_TEXTURE0);
 

附加说明：

（1）由于微软的VS平台上，只支持OpenGL 1.1版本，所以无法使用glActiveTexture()等函数，所以需要安装上glew库，这个库的安装方法网上很容易搜索到；

（2）将多重纹理技术与组合器函数glTexEnv*()结合使用，可以产生很绚丽的效果，下面介绍纹理组器函数；

（3）multitexture-demo演示了一个多重纹理的简单例子，使用到纹理组合器。

二．纹理组合器（Texture combiner）

2.1 纹理组合器函数简介

OpenGL除了多重纹理外，还提供了一些灵活的纹理组合器函数，允许程序员对片断与纹理值或者其它颜色的混合，对纹理提供了更加精细的控制。这就使得OpenGL的重心从原先的顶点处理（变换、裁剪）过渡到光栅化和片断操作，片断的处理能力越来越强。纹理组合器函数glTexEnv*()的参数比较多，下面会逐步进行介绍。

2.2 glTexEnv*()函数介绍

void glTexEnv{if}(GLenum target,GLenum pname,TYPE param);

void glTexEnv{if}v(GLenum target,GLenum pname,TYPE* param);

target规定纹理环境（texture environment），必需是GL_TEXTURE_ENV，GL_TEXTURE_FILTER_CONTROL，GL_POINT_SPRITE中的任意一个值。对target和pname对应参数进行总结，如表1所示；对pname和param对应参数进行总结，如表2所示。

2013-12-2 22-40-43

表1. 参数target和参数pname的对应取值

2013-12-02-table2

表2. 参数pname和参数param的对应取值

2.2.1 target的值是GL_TEXTURE_FILTER_CONTROL

如果target是GL_TEXTURE_FILTER_CONTROL时，pname必须是GL_TEXTURE_LOD_BIAS，则param规定了纹理细节层的偏移量，它的用途可以参见文章《基本的二维纹理对象的使用方法介绍》中3.1小节的介绍。

2.2.2 target的值是GL_POINT_SPRITE

如果target是GL_POINT_SPRITE 时，pname必须是GL_COORD_REPLACE，boolean值用于规定是否开启点精灵纹理坐标替换（point sprite texture coordinate replacement）。

2.2.3 target的值是GL_TEXTURE_ENV

如果target是GL_TEXTURE_ENV，pname必须是（1）GL_TEXTURE_ENV_MODE， GL_TEXTURE_ENV_COLOR，（3）GL_COMBINE_RGB，GL_COMBINE_ALPHA，（4）GL_RGB_SCALE，（5）GL_ALPHA_SCALE，（6）GL_SRC0_RGB， GL_SRC1_RGB，（7）GL_SRC2_RGB，（8）GL_SRC0_ALPHA，（9）GL_SRC1_ALPHA，（10）GL_SRC2_ALPHA。

在不同的纹理存储格式下，用于纹理计算的R、G、B、A4个颜色分量的取值。

2013-12-2 22-44-27

表3.进行组合操作的源纹理（不同的内部存储格式下）的C_s、A_s值

C代表一个三元的颜色值（RGB），A是相关的alpha值，从纹理图像中提取的RGBA的值都在范围[0,1]内，下标是p的代表由上一个阶段计算得到的纹理颜色（处理阶段为0的纹理颜色就是起始的原片断颜色），下标是s的代表原纹理颜色（Texture Source Color），下标是c的代表纹理环境的颜色（Texture Environment Color），下标是v的代表通过纹理函数计算后得到的纹理颜色。

2013-12-02-table4

表4. 当pname是GL_TEXTURE_ENV_MODE时，几种纹理处理函数的计算公式

如果pname是GL_TEXTURE_ENV_MODE，params是GL_COMBINE，则纹理函数的计算依赖GL_COMBINE_RGB和GL_COMBINE_ALPHA。

接下来描述的是由GL_SRC0_RGB、GL_SRC1_RGB、GL_SRC2_RGB、GL_SRC0_ALPHA、GL_SRC1_ALPHA、GL_SRC2_ALPHA规定的源纹理，通过组合，生成最后的纹理颜色的方法，在下面的表中GL_SRC0_c表示Arg0，GL_SRC1_c表示Arg1，GL_SRC2_c表示Arg2。

当pname是GL_COMBINE_RGB时，param可以接受的几个参数是GL_REPLACE、GL_MODULATE、GL_ADD、GL_ADD_SIGNED、GL_INTERPOLATE、GL_SUBTRACT、GL_DOT3_RGB、GL_DOT3_RGBA。

2013-12-02-table5

表5. 规定几种源纹理，通过对这几种纹理的RGB颜色计算，得到最终的纹理颜色

类似的，当pname是GL_COMBINE_ALPHA时，param可以接受的几个参数是GL_REPLACE、GL_MODULATE、GL_ADD、GL_ADD_SIGNED、GL_INTERPOLATE、GL_SUBTRACT。

2013-12-02-table6

表6.规定几种源纹理，通过对这几种纹理的alpha颜色计算，得到最终的纹理颜色

下面的表格中C_s表示当前绑定的纹理采样的颜色，C_c表示环境纹理颜色常量（Constant Texture-Environment Color），C_f表示传入片断的主颜色，C_p表示以前的纹理阶段计算出的颜色（如果当前正处理的纹理阶段是0，则它的值为C_f），类似的，A_s，A_c，A_f，A_p表示对应纹理的alpha值。下表是基于源纹理的RGB值和操作，计算得到的Arg0，Arg1，Arg2。

2013-12-02-table7

表7. 基于源纹理的RGB值和操作，计算得到的Arg0，Arg1，Arg2

类似的，下表是基于源纹理的Alpha值和操作，计算得到的Arg0，Arg1，Arg2。

2013-12-02-table8

表8. 基于源纹理的Alpha值和操作，计算得到的Arg0，Arg1，Arg2

2.3 glTexEnv*()函数使用例子

选择激活纹理组合方法：

  glTexEnvf(GL_TEXTURE_ENV,GL_TEXTURE_ENV_MODE,GL_COMBINE);
 

选择纹理组合的运算法则：

  glTexEnvf(GL_TEXTURE_ENV,GL_COMBINE_RGB,GL_SUBTRACT);
 

设置纹理组合函数中纹理的来源：

  glTexEnvf(GL_TEXTURE_ENV,GL_SRC0_RGB,GL_TEXTURE);
 glTexEnvf(GL_TEXTURE_ENV,GL_SRC1_RGB,GL_PREVIOUS);
 

设置如何使用纹理组合函数中纹理的来源来计算Arg0和Arg1，如表7所示：

  glTexEnvf(GL_TEXTURE_ENV,GL_OPERAND0_RGB,GL_SRC_COLOR);
 glTexEnvf(GL_TEXTURE_ENV,GL_OPERAND1_RGB,GL_SRC_COLOR);
 

实现了multitexture-combine-demo这个demo，用组合器生成多重纹理的代码片段如下所示：

  void  initTexture()
 {
     unsigned int  textureId[2];
     //创建2个纹理
     //生成一个2*2，颜色为(0,0,255)的纹理图片
     textureId[0] = genTexture(0,0,255);
     //读取一个BMP图片，生成纹理
     textureId[1] = genTextureFile("text.bmp");
     //激活第1个纹理
     glActiveTexture(GL_TEXTURE0);
     glEnable(GL_TEXTURE_2D);
     glBindTexture(GL_TEXTURE_2D,textureId[0]);
     //用纹理textureId[0]替换环境纹理
     glTexEnvi(GL_TEXTURE_ENV,GL_TEXTURE_ENV_MODE,GL_REPLACE);
     glActiveTexture(GL_TEXTURE1);
     glEnable(GL_TEXTURE_2D);
     glBindTexture(GL_TEXTURE_2D,textureId[1]);
     //设置组合器，运算法则是“减法”,
     //textureId[1]是纹理GL_SRC0_RGB，前一个阶段计算的纹理是GL_SRC1_RGB，
     //根据运算法则GL_SRC0_RGB-GL_SRC1_RGB，字体中间是白色的(255,255,255)，减去(0,0,255)，会显示出黄色；
     //字体周围是黑色的，减去(0,0,255)还是黑色的。
     glTexEnvf(GL_TEXTURE_ENV,GL_TEXTURE_ENV_MODE,GL_COMBINE);
     glTexEnvf(GL_TEXTURE_ENV,GL_COMBINE_RGB,GL_SUBTRACT);
     glTexEnvf(GL_TEXTURE_ENV,GL_SRC0_RGB,GL_TEXTURE);
     glTexEnvf(GL_TEXTURE_ENV,GL_OPERAND0_RGB,GL_SRC_COLOR);
     glTexEnvf(GL_TEXTURE_ENV,GL_SRC1_RGB,GL_PREVIOUS);
     glTexEnvf(GL_TEXTURE_ENV,GL_OPERAND1_RGB,GL_SRC_COLOR);
 }
 void  drawScene()
 {
     glBegin(GL_QUADS);
         //分别指定三个纹理的纹理坐标
         glMultiTexCoord2f(GL_TEXTURE0,0.0f, 0.0f);glMultiTexCoord2f(GL_TEXTURE1,0.0f, 0.0f);
         glVertex3f(-1.0f, -1.0f,  1.0f);
         glMultiTexCoord2f(GL_TEXTURE0,1.0f, 0.0f);glMultiTexCoord2f(GL_TEXTURE1,1.0f, 0.0f);
         glVertex3f( 1.0f, -1.0f,  1.0f);
         glMultiTexCoord2f(GL_TEXTURE0,1.0f, 1.0f);glMultiTexCoord2f(GL_TEXTURE1,1.0f, 1.0f);
         glVertex3f( 1.0f,  1.0f,  1.0f);
         glMultiTexCoord2f(GL_TEXTURE0,0.0f, 1.0f);glMultiTexCoord2f(GL_TEXTURE1,0.0f, 1.0f);
         glVertex3f(-1.0f,  1.0f,  1.0f);
     glEnd();
 }
 