C++游戏引擎开发指南：绘制带纹理的立方体

C++游戏引擎开发指南：绘制带纹理的立方体

cpp-game-engine-book 从零编写游戏引擎教程 Writing a game engine tutorial from scratch 项目地址: https://gitcode.com/gh_mirrors/cp/cpp-game-engine-book

本文将详细介绍如何在C++游戏引擎项目中实现带纹理的立方体绘制，这是游戏开发中非常基础但重要的技术。

纹理渲染的基本流程

在3D图形渲染中，纹理贴图是赋予模型表面细节的关键技术。完整的纹理渲染流程包括以下步骤：

1. 加载并解析图片文件
2. 将纹理数据上传到GPU
3. 设置UV坐标
4. 在Shader中采样纹理
5. 渲染绘制

纹理数据上传到GPU

在项目中，我们使用Texture2D类来管理纹理资源。关键步骤包括：

// 1. 生成纹理对象
glGenTextures(1, &texture2d->gl_texture_id_);

// 2. 绑定纹理目标
glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, texture2d->gl_texture_id_);

// 3. 上传图片数据到GPU
glTexImage2D(GL_TEXTURE_2D, 0, GL_RGB, 
             texture2d->width_, texture2d->height_, 
             0, texture2d->gl_texture_format_, 
             GL_UNSIGNED_BYTE, data);

// 4. 设置纹理过滤参数
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MAG_FILTER, GL_LINEAR);
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_LINEAR);

这里有几个关键点需要注意：

• glGenTextures生成纹理ID，这是GPU中纹理的唯一标识
• 绑定纹理后才能进行后续操作
• 纹理过滤参数决定了纹理在放大缩小时的插值方式

UV坐标系统

UV坐标定义了纹理如何映射到模型表面。在立方体示例中，我们为每个面定义了UV坐标：

static const glm::vec2 kUvs[36] = {
    // 前面
    glm::vec2(0.0f, 0.0f), glm::vec2(1.0f, 0.0f), glm::vec2(1.0f, 1.0f),
    glm::vec2(0.0f, 0.0f), glm::vec2(1.0f, 1.0f), glm::vec2(0.0f, 1.0f),
    // 其他面...
};

UV坐标需要与顶点一一对应，取值范围是[0,1]，表示从纹理的左下角(0,0)到右上角(1,1)。

Shader中的纹理采样

在片段着色器中，我们使用texture2D函数从纹理获取颜色：

#version 110
uniform sampler2D u_diffuse_texture;
varying vec2 v_uv;

void main() {
    gl_FragColor = texture2D(u_diffuse_texture, v_uv);
}

这里u_diffuse_texture是纹理采样器，v_uv是从顶点着色器传递过来的UV坐标。

纹理单元的使用

在渲染时，我们需要通过纹理单元将纹理绑定到着色器：

// 激活纹理单元0
glActiveTexture(GL_TEXTURE0);

// 绑定纹理到当前激活的纹理单元
glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, texture2d->gl_texture_id_);

// 告诉着色器使用纹理单元0
glUniform1i(u_diffuse_texture_location, 0);

纹理单元是OpenGL管理多个纹理的机制，可以同时激活多个纹理单元实现多纹理效果。

常见问题与优化建议

1. 纹理翻转问题：OpenGL的纹理坐标原点在左下角，而很多图片格式原点在左上角，需要使用stbi_set_flip_vertically_on_load(true)进行翻转。

2. 纹理过滤：根据需求选择合适的过滤方式：

   • GL_LINEAR：线性插值，效果平滑但性能略低
   • GL_NEAREST：最近邻采样，性能高但可能有锯齿

3. Mipmap：对于需要缩放的纹理，考虑生成mipmap提高渲染质量：

   glGenerateMipmap(GL_TEXTURE_2D);
   glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_LINEAR_MIPMAP_LINEAR);
   

4. 纹理格式：根据图片通道数选择正确的内部格式：

   • RGB图片：GL_RGB
   • RGBA图片：GL_RGBA

通过本文的介绍，你应该已经掌握了在C++游戏引擎中实现纹理渲染的基本方法。纹理是游戏视觉效果的基础，合理使用可以大大提升游戏画面的表现力。

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