C++和OpenGL实现3D游戏编程【连载4】——纹理加载常用的三种方式（附源码）

🔥C++和OpenGL实现3D游戏编程【目录】

1、什么是纹理

如果我们想让物体更加真实，就得有足够多的顶点，且指定足够多的颜色，这样会产生很多额外开销，因为每个模型需要很多顶点，而每个顶点又需要颜色属性。为了方便且减少开销，我们更习惯使用纹理来绘制更多的模型，纹理就像一张2D的贴图，把它贴在图像或模型上来增加物体的细节。这样物体细节取决于设计师的美工，而程序员则不必指定更多的顶点。

OpenGL支持多种图像格式，如BMP、JPEG、PNG等。根据实际需求选择合适的格式，当然也可以以上格式都使用。

2、图片的加载

在OpenGL中，加载图像作为纹理的一般步骤如下：

1. 加载图像数据：使用系统自带的图像加载函数（方法一）、或合适的图像处理库（方法二）、或者自己编写的加载函数（方法三）加载图像数据到内存中，并获取图片信息。生成纹理对象，并绑定到当前纹理单元上。

2. 设置纹理参数：通过设置纹理参数来控制纹理的采样方式。例如，设置纹理过滤方式、纹理环绕方式等。

3. 将图像数据传输到纹理对象：使用glTexImage2D函数将图像数据传输到纹理对象中。这需要指定图像的宽度、高度、像素格式等信息。

4. 释放图像数据：在纹理对象创建成功后，可以释放已加载的图像数据，以节省内存空间。此后就可以使用纹理编号调用纹理了。

3、三种加载图片方式的特点

图片加载方法分类	加载方式的特点
系统自带的图像加载函数（方法一）	系统自带的图像加载函数（方法一）使用最方便，无需加载额外的运行库或设置，直接在程序中使用即可，但仅能读取BMP文件；
合适的图像处理库（方法二）	其中方法二指的是第三方提供的图像处理库（如StbImage、FreeImage、Soil等）提供了方便的函数来读取不同格式的图像文件，可以方便的读取多种格式，如BMP、JPEG、PNG等；
自己编写的加载函数（方法三）	自己编写的加载函数难度相对复杂些，还要根据不同格式的图片进行不同的加载处理，这节我们仅仅介绍最简单的BMP图像文件的读取。但是这种办法的优点也很明显，由于以文件方式打开并读取图片信息，在进行系统后台无缝地图的加载过程中，可以进行自定义的过程控制，不会出现由于纹理图片过大导致的程序卡顿问题。

4、系统自带的图像加载函数（方法一）

我们使用系统自带的auxDIBImageLoad函数来加载图片资源，具体代码如下。该方法调用了glaux.h库文件中的auxDIBImageLoad函数，其实它是一个宏，函数原型为auxRGBImageLoadW(LPCWSTR)或者auxRGBImageLoadA(LPCSTR)，可以在该库文件中找到它的定义。宏auxDIBImageLoad实现的功能就是：根据指定的位图名称，将该位图的信息加载到内存中，以便用来创建成为纹理。本节中用到的路径均可以为相对路径。

 //加载纹理函数，读取一个BMP文件作为纹理，如果失败返回-1，如果成功返回纹理编号
 
 GLuint	Texture_LoadFromFile_1(char* filename)
 {

	//检测文件是否存在
	 
	FILE *tempFile=fopen(filename,"r");
	 
	//文件打开成功则继续后续操作，失败后直接返回
	 
	if(tempFile)
	{
		 
		fclose(tempFile);
		 
	}
	else
	{
		 
		return -1;
		 
	}
	//生成纹理编号
	 
	GLuint tex_id=-1;
		
	glGenTextures(1,&tex_id);
	 
	//绑定纹理
	 
	glBindTexture(GL_TEXTURE_2D,tex_id);
	 
	//纹理过滤函数
	 
	glTexParameterf(GL_TEXTURE_2D,GL_TEXTURE_WRAP_S,GL_REPEAT);
	 
	glTexParameterf(GL_TEXTURE_2D,GL_TEXTURE_WRAP_T,GL_REPEAT);
	 
	glTexParameterf(GL_TEXTURE_2D,GL_TEXTURE_MAG_FILTER,GL_LINEAR);
	 
	glTexParameterf(GL_TEXTURE_2D,GL_TEXTURE_MIN_FILTER,GL_LINEAR);
	 
	//指定纹理贴图和材质混合的方式，默认为GL_REPLACE模式
	 
	glTexEnvf(GL_TEXTURE_ENV,GL_TEXTURE_ENV_MODE,GL_REPLACE);

	//标准化加载文件名称

	if(true)
	{	
		
		//加载纹理资源
		
		AUX_RGBImageRec *m_bmpTexture; 
		
		//加载图片资源
		
		m_bmpTexture=auxDIBImageLoad(filename);
		
		//生成纹理(目标纹理，执行细节级别，颜色组件，纹理宽度，纹理高度， 边框宽度必须为，颜色格式，数据类型，指向图像数据的指针)
		
		glTexImage2D(GL_TEXTURE_2D,0,3,m_bmpTexture->sizeX,m_bmpTexture->sizeY,0,GL_RGB,GL_UNSIGNED_BYTE,m_bmpTexture->data);
		
		//释放相关资源，防止内存泄露
		
		if(m_bmpTexture)
		{
			
			if(m_bmpTexture->data)
			{
				
				free(m_bmpTexture->data);
				
			}
			
			free(m_bmpTexture);
			
		}
		
	}
	 
	return tex_id;

}

这里要注意3点：

1、一定要进行文件是否存在检测：加载文件时一定要文件是否存在的检测，如果文件不存在，程序运行时直接会出现崩溃并退出。同时已打开的文件才用fclose(tempFile)关闭文件，如果打开失败则无需关闭文件，此时强行fclose(tempFile)关闭会出现资源溢出。

2、一定要进行合理的内存释放：要及时释放相关内存资源，防止内存泄露。使用完m_bmpTexture->data和m_bmpTexture后均要使用free函数释放内存资源，切释放的先后顺序不能错，否则会出现内存泄漏。

3 、图像文件的像素宽度必须为4的倍数：在加载纹理图片时，图片的像素宽度必须是4的倍数，比如说下图左边的图片大小为103*102像素，该图片的宽度就为103像素，这个数103不能被4整除，加载后图片的纹理就会出现下图右边的样子，发生错乱，因此该函数加载位图是存在一定的局限性。本节的第一、第二种加载纹理方法均有对位图像素宽度的要求。

通过前面的过程，已经将位图加载并创建和加载纹理成功，并返回纹理编号，后期就可以通过纹理编号从内存中取出指定的纹理信息，将其映射到立方体的指定的面上，具体的纹理贴图我们下一章节在讨论。

5、合适的图像处理库（方法二）

在这里，介绍一个简单易用的图像库：stb_image 。Github 地址为：https://github.com/nothings/stb ，我们仅仅使用其中stb_image.h这个文件即可，它的使用非常简单。

看看它的源码，你会发现是 .h为后缀的文件。这就是它的强大之处在于，仅需在工程中加入头文件就可以使用相应的函数解析、加载图像了，实际上是函数实现等内容都放在头文件中。

大家可以直接在以上网站下载，或在我的下载中进行下载，点击stb_image.h进行下载。

首先，我们需要声明并引用头文件。

这里我们要注意，第一个STBI_NO_SIMD这个声明并非必要，有时可以删除不要，主要是根据大家电脑设置不同，有些时候没有该声明系统无法通过编译。

//加载图片处理头文件，进行必要声明

#define		STBI_NO_SIMD

//加载图片处理头文件，进行必要声明

#define		STB_IMAGE_IMPLEMENTATION

//加载图片处理头文件

#include	"gl/stb_image.h"

接下来，我们就可以直接在系统中调用stb_image 的相应函数stbi_load函数。我们发现这种方法和方法一种的内容基本一样，主要是方法二使用了stbi_load函数来加载图像数据。

 //加载纹理函数，读取一个BMP、JPG、PNG文件作为纹理，如果失败返回-1，如果成功返回纹理编号
 
 GLuint	Texture_LoadFromFile_2(char* filename)
 {
	 
	//检测文件是否存在
	 
	FILE *tempFile=fopen(filename,"r");
	 
	//文件打开成功则继续后续操作，失败后直接返回
	 
	if(tempFile)
	{
		 
		//打开文件才用关闭文件，如果打开失败则无需关闭文件（此时强行关闭会出现资源溢出）
		 
		fclose(tempFile);
		 
	}
	else
	{
		 
		return -1;
		 
	}

	//生成纹理编号
	 
	GLuint tex_id=-1;
		
	glGenTextures(1,&tex_id);
	 
	//绑定纹理
	 
	glBindTexture(GL_TEXTURE_2D,tex_id);
	 
	//纹理过滤函数
	 
	glTexParameterf(GL_TEXTURE_2D,GL_TEXTURE_WRAP_S,GL_REPEAT);
	 
	glTexParameterf(GL_TEXTURE_2D,GL_TEXTURE_WRAP_T,GL_REPEAT);
	 
	glTexParameterf(GL_TEXTURE_2D,GL_TEXTURE_MAG_FILTER,GL_LINEAR);
	 
	glTexParameterf(GL_TEXTURE_2D,GL_TEXTURE_MIN_FILTER,GL_LINEAR);
	 
	//指定纹理贴图和材质混合的方式，默认为GL_REPLACE模式
	 
	glTexEnvf(GL_TEXTURE_ENV,GL_TEXTURE_ENV_MODE,GL_REPLACE);

	//标准化加载文件名称

	if(true)
	{	
		
		int width,height,nrChannels;

		//将图片翻转成正常方向

		stbi_set_flip_vertically_on_load(true);

		//加载图片信息

		unsigned char *data=stbi_load(filename,&width,&height,&nrChannels,0);

		//判断是否加载成功，这里要注意图片通nrChannels道数，否则异常错误导致系统崩溃

		if(data)
		{

			glTexImage2D(GL_TEXTURE_2D,0,(nrChannels==3?GL_RGB:GL_RGBA),width,height,0,(nrChannels==3?GL_RGB:GL_RGBA),GL_UNSIGNED_BYTE,data);
			
			stbi_image_free(data);

		}
		else
		{

			char szTemp[1024]="";

			sprintf(szTemp,"纹理文件%s加载失败",filename);

			MessageBox(NULL,szTemp,"提示",MB_OK);

		}

	}
	 
	return tex_id;

}

但这里要特别注意，由于该函数能够加载包括BMP、JPG、PNG图像的数据，就会涉及到图像像素的通道数。比如说，后缀为PNG的文件中读取的每一个像素除了RGB三种颜色外，还会涉及到RGBA中的Alpha数据，stbi_load函数会返回nrChannels值，我们随后再使用glTexImage2D时，一定要对GL_RGB或GL_RGBA进行判断以进行匹配，否则系统会出现意外。

同时，我们要注意到内存的释放要使用图像库中stbi_image_free(data)函数进行释放，不能使用free进行释放，否则系统也会出现内存泄漏，这里一定要注意。

6、自己编写的加载函数（方法三）

自己编写的加载函数难度相对复杂些，还要根据不同格式的图片进行不同的加载处理，这节我们仅仅介绍最简单的BMP图像文件的读取。但是这种办法的优点也很明显，由于以文件方式打开并读取图片信息，在进行系统后台无缝地图的加载过程中，可以进行自定义的过程控制，不会出现由于纹理图片过大导致的程序卡顿问题。

//设置图片头文件信息
 
#define BMP_Header_Length 54
 
 //检查一个整数是否为2的整数次方，如果是，返回1，否则返回0
 
 int IsPowerOfTwo(int n)
 {
	 
	 if(n<=0)return 0;
	 
	 return (n&(n-1))==0;
	 
 }

//读取一个BMP文件作为纹理，如果失败，返回-1，如果成功，返回纹理编号

 GLuint Texture_LoadFromFile_3(const char* filename)
 {
	 
	 GLint width,height,total_bytes;
	 
	 GLubyte* pixels=0;
	 
	 GLint last_tex_id;
	 
	 GLuint tex_id=-1;
	 
	 //打开文件，如果失败，返回
	 
	 FILE* pFile=fopen(filename,"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

	 if(true)
	 {
		 
		 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;
		 
	 }
	 
	 //如果图象的宽度和高度不是的整数次方，或图象的宽度和高度超过当前OpenGL实现所支持的最大值时，要进行缩放
	 
	 if(true)
	 {
		 
		 GLint max;
		 
		 glGetIntegerv(GL_MAX_TEXTURE_SIZE,&max);
		 
		 if(!IsPowerOfTwo(width) || !IsPowerOfTwo(height) || width>max || height>max)
		 {
		 
			 // 规定缩放后新的大小为边长的正方形
			 
			 const GLint new_width=256;
			 
			 const GLint new_height=256; 
			 
			 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,&tex_id);
	 
	 if(tex_id==0)
	 {     
		 
		 free(pixels);
		 
		 fclose(pFile);
		 
		 return -1;
		 
     }
	 
     //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
	 
     glGetIntegerv(GL_TEXTURE_BINDING_2D,&last_tex_id);
	 
	 glBindTexture(GL_TEXTURE_2D,tex_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_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);
     
	 glBindTexture(GL_TEXTURE_2D,last_tex_id);
	 
	 //之前为pixels分配的内存可在使用glTexImage2D以后释放
	 
	 free(pixels);
	 
	 return tex_id;
	 
}

我们可以看到这个函数进行了部分优化，如果纹理图片较大，我们在加载时进行了进行像素缩放，这样可以有效减小内存压力；同时通过文件进行读取像素，还可以有效控制加载节奏。如果待加载文件较大，我们就可以分多次少量加载，减少CPU开支，这在无缝地图的纹理加载时极为重要。我们将在后期实现相关功能，如果大家有需要可以自行了解一下JPG和PNG的文件读取方式。

7、小结

以上介绍的三种图片加载方式各有利弊，但基本满足我们一些设计需求，我们这节做好了图像数据加载的铺垫工作，下一节我们就可以使用纹理进行贴图，进入到一个真实的三维世界。

欢迎大家评论区讨论，共同解决编程过程中遇到的问题。

8、源码下载

通过百度网盘分享的文件：C++和OpenGL实现3D游戏编程【连载1-6】——等6个文件
链接:https://pan.baidu.com/s/1oUtqDJc1rS4o3OCGiHxcyw?pwd=4kkj
提取码:4kkj
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