在Qt中使用OpenGL（三）

原创最新推荐文章于 2026-06-20 10:38:39 发布 1.7w 阅读 AI写同款

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Qt+OpenGL基础教程基于Qt与OpenGL的UR3机械臂仿真与控制程序的先行文，介绍了如何画出一个可以变换视角的坐标系。阅读详情

AI摘要

本文详细介绍了在Qt中使用OpenGL进行纹理映射的过程，包括修改Shader、加载纹理和绘制带纹理的矩形等内容。

前言

在Qt中使用OpenGL（一）
在Qt中使用OpenGL（二）
在之前的文章中，我们首先了解了在Qt中使用OpenGL的全流程，然后我们使用了一个最简单的例子将这个流程给过了一遍。
那么，在本篇文章中，我们将对“最简单的例子”进行一定的修改，以便达成我们接下来的目标：如果为我们绘制出来的东西，加上“纹理”

什么是纹理

既然我们要研究怎么加上纹理，那么我们就需要首先知道什么是纹理。
首先，我们上一个版本的程序，只是绘制出来了一个“白色的三角形”，事实上，在真实的应用里，这种“绘制白色三角形”的需求是不可能出现的，我们大部分时间遇到的情况应该是“添加一个模型”对吧。
那么，你有没有意识到，当你添加一头牛的模型时，它看起来像是一头牛的原因，除了它的形状是一头牛之外，是不是它身上的各个部位的颜色也像是一头牛呢？
这些颜色是怎么来的呢？难道是用shader给牛身上的每个顶点指定了颜色？就像之前我们给顶点指定了白色？
对，也不对。
是的，这些看起来正确的颜色的确是通过shader进行指定的。但是不对的地方是，它并不是通过给每个顶点设置颜色实现的，而是通过“纹理映射”实现。
简单理解，就是将“一层皮”，套到了3D世界中的牛的身上，牛身上的每个顶点都对应到了这层皮上的一个位置，这样，只要每个顶点对应的位置是正确的，那么我们看到的牛就和现实中的牛差距就不会太大了。
那么，为了可以用最简单的例子来解释纹理，我们不使用牛，而是选择最简化的场景，假设我有一张很漂亮的风景画：
请添加图片描述我想让这个风景画出现在3D世界中，作为画廊中的一幅画。怎么办呢？

绘制矩形与设定纹理映射坐标

当然，在我们想要在3D世界中增加一幅画，首先还有一个问题要解决。很显然，这张图是个矩形，而我们之前做过的唯一的事情只有绘制三角形。
那么怎么绘制一个矩形呢？
聪明的你大概也猜出来了，没错，我们吧矩形沿对角线剪开，不就是两个三角形了？所以我们只要画两个三角形不就行了？
没错，就是这个道理。我们只要画两个三角形就行了。
然后呢，OpenGL很贴心的提供了多种绘制多个三角形的方法，其中有一个方法，使得我们只要“逆时针定义4个顶点”就可以方便的绘制出可以组成矩形的两个三角形了。
怎么理解呢？
在这里插入图片描述
这是默认情况下，OpenGL的屏幕坐标。也就是说，如果我们想要绘制一个占满整个屏幕的矩形，也就是两个三角形，我们需要逆时针，定义4个顶点。
很显然，在这个屏幕坐标中，左上就是（-1，1），左下就是（-1，-1），右下就是（1，-1），右上就是（1，1），那么我们按照这个顺序就可以定义四个顶点了。（z值得话，我们只需要都使用0就行了，简单吧。）当然，你可以任意的调整顶点的顺序，但是顶点必须是逆时针排列顺序。

float _vertex[] = {
//  顶点			
	-1,  1, 0,	// 左上
	-1, -1, 0,	// 左下
	 1, -1, 0,	// 右下
	 1,  1, 0,	// 右上
};

至此，我们画两个三角形的准备工作就完成了。
但是还有一个工作没有完成，那就是纹理映射坐标。
是的，当我们需要考虑纹理的时候，从顶点的时候就需要考虑了。为什么？
还记得之前说法吗？

简单理解，就是将“一层皮”，套到了3D世界中的牛的身上，牛身上的每个顶点都对应到了这层皮上的一个位置

是的，你需要将每一个顶点，都对应到纹理上的一个位置。这个对应方法，就是使用“纹理映射坐标”。
简单来讲，就是用（x，y）这个二维坐标来表示纹理上的一个位置，其中，x与y的值域为[0,1]。
其中，（0，0）表示左下角。（1，1）点表示右上角。当然，你也可以把（0，0）当作左上角，（1，1）当作右下角，就和一般情况下我们编辑图片时那样。具体你要怎么看待这个坐标系统，实际上不重要。重要的是，一定要保证有一个统一的标准。目前，我们的统一标准是（0，0）表示左下角，（1，1）点表示右上角。
了解了这些，我们就可以给顶点附加纹理映射坐标了，方法很简答，只需要在每个顶点坐标后面，附加两个代表纹理映射坐标的float值就行了，就像这样：

	// 顶点缓存中前三个是顶点坐标, 后两个是纹理坐标, 一个顶点由5个float值组成
	float _vertex[] = {
	//  顶点			纹理
		-1,  1, 0,	0, 1, // 左上
		-1, -1, 0,	0, 0, // 左下
		 1, -1, 0,	1, 0, // 右下
		 1,  1, 0,	1, 1, // 右上
	};

注意，当你这么做了，就意味着你的一个顶点有5个float值了，而不是之前的3个。
还记得之前的文章里说过吗？OpenGL根本不知道什么9个值3个顶点的标准，现在明白为什么了嘛？因为这种标准根本就不存在啊！现在，当我们需要“纹理映射”的时候，原先9个值3个顶点就变成了20个值，4个顶点了。每个顶点需要5个值来表示！
那么，我们要如何告诉OpenGL这个新的顶点缓存标准呢？

如何使用包含纹理的顶点缓存

很显然，之前我们使用了setAttributeBuffer()这个函数告诉了OpenGL每个顶点有3个值，那么我们同样需要使用setAttributeBuffer()这个函数告诉OpenGL，现在规则改变了，每个点有5个值，其中前三个是顶点坐标，后两个是纹理坐标。
可是，我们要怎么操作呢？
首先，我们需要做的是，修改Shader。
没错，还记得我们之前的Shader里面，定义了1个vec3类型的输入嘛？
这也就意味着OpenGL只能处理一个vec3数据，也就是3个float类型。可我们一个顶点有5个float类型，怎么办？那就再加一个vec2类型的输入不就好了嘛！

#version 330 core
in vec3 vPos;
in vec2 vTexture;
out vec2 oTexture;
void main()
{
    gl_Position = vec4(vPos, 1.0);
    oTexture = vTexture;
}

于是我们的顶点Shader就变成这个样子了，也就是获取坐标的同时也要获取纹理坐标，然后将纹理坐标发送给其它的Shader。
请注意，我们除了添加了一个输入变量vTexture（in开头），我们同时还定义了一个输出变量oTexture（out开头），这是为什么呢？
因为Shader是一种链式调用的代码，顶点Shader会自动的从顶点缓存中获取数据，（也不是自动，因为我们需要告诉OpenGL如何操作），可FragmentShader并不会，所以我们需要从顶点缓存中获取数据，然后将获取到的数据传给FragmentShader。
那么，到了FragmentShader，又要做什么操作呢？

#version 330 core
in vec2 oTexture;
uniform sampler2D uTexture;
void main()
{
    gl_FragColor = texture(uTexture, oTexture);
}

如图所示，我们只要定义一个名字和顶点Shader中定义的输出变量名字一致的输入变量，顶点Shader中的输出变量就会自动的传递到FragmentShader中的输入变量中。然后我们就可以运用OpenGL内置的函数texture来进行纹理映射了。没错，texture这个函数的意义就是将纹理指定位置映射到顶点上。
请注意，这里我们有了一个除了in和out之外的另一个指示器，uniform，简单来说它和in一样，也表示了一种输入，但是，和in不一样的是，它的来源可以是任何地方。而in呢？要么是来自其它shader的输出，要么只能来自于顶点缓存的输入。你可以在不修改顶点缓存的情况下，在任何合理的地方输入uniform的值，例如我们可以根据需要，动态的改变纹理。而sampler2D 这个类型就表示二维纹理了。
好了，至此，顶点，纹理坐标，shader我们都修改好了，让我们告诉OpenGL要如何使用顶点缓存吧。
简单来说，就是这样：

	// 绑定顶点坐标信息, 从0 * sizeof(float)字节开始读取3个float, 因为一个顶点有5个float数据, 所以下一个数据需要偏移5 * sizeof(float)个字节
	m_program->setAttributeBuffer("vPos", GL_FLOAT, 0 * sizeof(float), 3, 5 * sizeof(float));
	m_program->enableAttributeArray("vPos");
	// 绑定纹理坐标信息, 从3 * sizeof(float)字节开始读取2个float, 因为一个顶点有5个float数据, 所以下一个数据需要偏移5 * sizeof(float)个字节
	m_program->setAttributeBuffer("vTexture", GL_FLOAT, 3 * sizeof(float), 2, 5 * sizeof(float));
	m_program->enableAttributeArray("vTexture");

我们都知道setAttributeBuffer（）函数的第1个参数表示shader中变量的名字，第2个参数表示数据类型，那怎么理解setAttributeBuffer（）函数的第3个参数呢？
第3个参数表示在一个顶点中从哪个位置开始，是你需要的数据。
很显然，我们一个顶点由5个float值组成，前三个表示位置，后两个表示纹理坐标，于是对于位置，从第0个位置开始，也就是 0 * sizeof(float)个字节，而纹理坐标从第3个位置开始，也就是 3 * sizeof(float)个字节
setAttributeBuffer（）函数的第4个参数是指有几个数据，坐标有3个数据，纹理坐标有2个数据
setAttributeBuffer（）函数的第5个参数表示你的顶点缓存，多少数据表示一个顶点。我们的顶点缓存，5个float值表示一个顶点，于是就是5 * sizeof(float))个字节。
至此，顶点与纹理坐标都处理好了，接下来就是绘制了。

绘制带纹理的矩形

聪明的你一定发现了，到现在为止，除了纹理坐标，我们实际上根本没有处理任何纹理上的东西。
比如，我们根本就没有从文件中加载一张图片当作纹理啊！
没错，那么，我们就再修改一下初始化，加载一张图片当作纹理吧。
首先，在Qt中，OpenGL的纹理使用QOpenGLTexture类表示的，于是我们加载一张图片当作纹理就可以这么写：

m_texture = new QOpenGLTexture(QImage("D:/20210928.jpg").mirrored());

只要我们在类的头文件中定义了QOpenGLTexture *m_texture = nullptr;，那么初始化的时候，我们就可以创建纹理了。
有没有发现什么奇怪的事情？没错，我们加载图片的时候，使用mirrored()这个函数，为什么？查一下这个函数就会发现，它默认会将图片沿y轴进行镜像翻转。
还记得介绍纹理的坐标系统的说的话吗？

其中，（0，0）表示左下角。（1，1）点表示右上角。当然，你也可以把（0，0）当作左上角，（1，1）当作右下角，就和一般情况下我们编辑图片时那样。

因为我们用（0，0）表示左下角，所以坐标和一般的图片坐标发生了镜像翻转，所以加载纹理的时候只要也镜像翻转一下，问题就解决了。
好了，纹理加载好了，我们要如何告诉OpenGL有这么一个纹理呢？
很简单，绘制图像之前bind一下，绘制完毕release就行了。
也就是这样：
在这里插入图片描述
在这里，我们绘制的矩形的参数不是之前绘制三角形时的GL_TRIANGLES，0，3，而是GL_TRIANGLE_FAN，0，4。其中，GL_TRIANGLE_FAN就是之前提到的另一种绘制三角形的方法，它允许我们逆时针定义四个顶点，然后绘制出来两个三角形组成一个矩形。（当然，实际上能不能组成一个矩形OpenGL并不关心，能不能组成矩形是用户定义的顶点有关，和OpenGL没关系。甚至它实际上并不是用来绘制矩形的，仅仅是一种可以快速的绘制多个三角形的方法罢了，我们只是利用了它的特性而已）

好了，让我们运行一下程序吧：
在这里插入图片描述
恭喜！你成功了！（虽然图片的比例错了，但是你成功的将纹理中的图片绘制到窗口中了）

此时，聪明的你一定发现了一件奇怪的事情。
我们在Shader中定义了一个uniform sampler2D uTexture;用来表示纹理。
但是自始至终，我们都没有给这个输入变量赋值。那OpenGL又是怎么能将我们加载的纹理传到Shader中呢？
因为OpenGL的纹理系统有一个默认设定，那就是，使用纹理的时候（调用bind函数的时候），会被自动的对应到当前激活的纹理，默认激活的纹理就是纹理0，而我们第一个定义的纹理变量，就会被当作纹理0。这样，我们使用的纹理就自动的和Shader中定义的纹理对应上了，完美。
在这里插入图片描述
注意Qt文档中的说明，除了默认的bind函数，还有一个可以指定将纹理bind到那个索引的重载函数。