WebGL入门教程4 - 使用纹理贴图(Texture Map)

techbrood 发表于 2016-06-06 00:08:07

标签: webgl, texture

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3D建模和纹理贴图的关系就好比人体和皮肤(或着装)的关系,3D建模用来处理空间属性,而贴图适合用来处理细腻的表面属性。

如果不使用贴图,而想在表面达到足够的细节感受,会使得建模任务变得异常复杂而得不偿失。


注:本文混用贴图(texture map)、texture和纹理这3个中英文词汇,因为它们代表同样的含义,用来确定物体的表面观感(纹路/光滑度等)。


我们在基础知识教程中已经说明过,顶点的属性除了位置、颜色外,还有纹理。

我们可以把纹理看成是一种特殊的颜色,那么我们就可以使用类似的方式来处理。

总体过程是,加载外部图片,把贴图映射到3D对象的表面即建立贴图的模型化数据,关联缓存并完成绘制。

创建纹理并加载图片

var eyeTexture;
function initTexture() {
    eyeTexture = gl.createTexture();
    eyeTexture.image = new Image();
    eyeTexture.image.onload = function() {
      handleLoadedTexture(eyeTexture)
    }

    eyeTexture.image.src = "eyeball.png";
}

上述代码创建了一个Texture对象,并设置其图像属性的源为eyeball.png图片文件。

纹理使用异步方式加载图像文件,当加载完成时,调用回调函数handleLoadedTexture。

function handleLoadedTexture(texture) {
    gl.bindTexture(gl.TEXTURE_2D, texture);
    gl.pixelStorei(gl.UNPACK_FLIP_Y_WEBGL, true);
    gl.texImage2D(gl.TEXTURE_2D, 0, gl.RGBA, gl.RGBA, gl.UNSIGNED_BYTE, texture.image);
    gl.texParameteri(gl.TEXTURE_2D, gl.TEXTURE_MAG_FILTER, gl.NEAREST);
    gl.texParameteri(gl.TEXTURE_2D, gl.TEXTURE_MIN_FILTER, gl.NEAREST);
    gl.bindTexture(gl.TEXTURE_2D, null);
}

第1行代码bindTexture功能和bindBuffer类似,用来把texture设定为当前2D类型的纹理;

第2行用来完成电脑屏幕图像坐标到3D空间坐标的转换,把Y轴翻转;

第3行代码把图像加载到显卡上的纹理空间中去,参数分别是类型(0)、数据存储格式(rgba,重复2次)、数据类型(用来存放rgba的数据类型),以及图像对象本身。

接下来的2行代码,分别设置纹理的放大/缩小参数,也就是当纹理图像和屏幕尺寸不匹配时的处理方式,NEAREST表示保持原样。

最后1行属于整理性质的代码,不是必须的。

纹理图片映射和初始化缓存

接下来我们需要把纹理贴图映射到物体表面,前面提到过,我们把贴图当成特殊的颜色属性和顶点关联起来。

function initBuffers() {
    var latitudeBands = 60;
    var longitudeBands = 60;
    var radius = 2;

    var vertexPositionData = [];
    var normalData = [];
    var textureCoordData = [];
    for (var latNumber = 0; latNumber <= latitudeBands; latNumber++) {
        var theta = latNumber * Math.PI / latitudeBands;
        var sinTheta = Math.sin(theta);
        var cosTheta = Math.cos(theta);

        for (var longNumber = 0; longNumber <= longitudeBands; longNumber++) {
            var phi = longNumber * 2 * Math.PI / longitudeBands;
            var sinPhi = Math.sin(phi);
            var cosPhi = Math.cos(phi);

            var x = cosPhi * sinTheta;
            var y = cosTheta;
            var z = sinPhi * sinTheta;
            var u = x * 0.5 + 0.5;
            var v = y * 0.5 + 0.5;

            normalData.push(x);
            normalData.push(y);
            normalData.push(z);
            textureCoordData.push(u);
            textureCoordData.push(v);
            vertexPositionData.push(radius * x);
            vertexPositionData.push(radius * y);
            vertexPositionData.push(radius * z);
        }
    }
    //......
}

上述代码中xyz是3D球体中某点所在位置的法线,uv是(x,y,z)所映射的贴图上的平面坐标。这里u/v的计算公式为:

faceVertexUvs[ face ][ j ].x = face.vertexNormals[ j ].x * 0.5 + 0.5;
faceVertexUvs[ face ][ j ].y = face.vertexNormals[ j ].y * 0.5 + 0.5;

原因是我们所使用的图片(eyeball.png)是一张用于球面环境投影的MatCap(材质捕捉)图,映射到平面坐标时,需要做如上转换才不会出现变形。先不用深究这一点,总之我们记住要把2D纹理贴到3D模型上,需要做一个UV到XYZ的映射。

eyeballVertexNormalBuffer = gl.createBuffer();
gl.bindBuffer(gl.ARRAY_BUFFER, eyeballVertexNormalBuffer);
gl.bufferData(gl.ARRAY_BUFFER, new Float32Array(normalData), gl.STATIC_DRAW);
eyeballVertexNormalBuffer.itemSize = 3;
eyeballVertexNormalBuffer.numItems = normalData.length / 3;

eyeballVertexTextureCoordBuffer = gl.createBuffer();
gl.bindBuffer(gl.ARRAY_BUFFER, eyeballVertexTextureCoordBuffer);
gl.bufferData(gl.ARRAY_BUFFER, new Float32Array(textureCoordData), gl.STATIC_DRAW);
eyeballVertexTextureCoordBuffer.itemSize = 2;
eyeballVertexTextureCoordBuffer.numItems = textureCoordData.length / 2;

eyeballVertexPositionBuffer = gl.createBuffer();
gl.bindBuffer(gl.ARRAY_BUFFER, eyeballVertexPositionBuffer);
gl.bufferData(gl.ARRAY_BUFFER, new Float32Array(vertexPositionData), gl.STATIC_DRAW);
eyeballVertexPositionBuffer.itemSize = 3;
eyeballVertexPositionBuffer.numItems = vertexPositionData.length / 3;

上述代码完成顶点和纹理数据缓存方面的处理。

绘制眼球

function drawScene() {
    //......
    gl.activeTexture(gl.TEXTURE0);
    gl.bindTexture(gl.TEXTURE_2D, eyeballTexture);
    gl.uniform1i(shaderProgram.samplerUniform, 0);

    gl.bindBuffer(gl.ARRAY_BUFFER, eyeballVertexPositionBuffer);
    gl.vertexAttribPointer(shaderProgram.vertexPositionAttribute, eyeballVertexPositionBuffer.itemSize, gl.FLOAT, false, 0, 0);

    gl.bindBuffer(gl.ARRAY_BUFFER, eyeballVertexTextureCoordBuffer);
    gl.vertexAttribPointer(shaderProgram.textureCoordAttribute, eyeballVertexTextureCoordBuffer.itemSize, gl.FLOAT, false, 0, 0);

    gl.bindBuffer(gl.ARRAY_BUFFER, eyeballVertexNormalBuffer);
    gl.vertexAttribPointer(shaderProgram.vertexNormalAttribute, eyeballVertexNormalBuffer.itemSize, gl.FLOAT, false, 0, 0);

    gl.bindBuffer(gl.ELEMENT_ARRAY_BUFFER, eyeballVertexIndexBuffer);
    setMatrixUniforms();
    gl.drawElements(gl.TRIANGLES, eyeballVertexIndexBuffer.numItems, gl.UNSIGNED_SHORT, 0);    
    //......
}

在绘制元素(调用gl.drawElements接口)之前,我们需要设置当前激活的纹理为TEXTURE0,并告诉着色器程序,我们使用纹理0(WebGL最多可以处理32个纹理)。接着我们把着色器属性(Attribute)和数据缓存关联起来,以便依次读取和绘制顶点数据。

最后,我们还需要在片段着色器程序中添加纹理的处理逻辑:

precision mediump float;

varying vec2 vTextureCoord;
varying vec3 vLightWeighting;

uniform sampler2D uSampler;

void main(void) {
    vec4 textureColor = texture2D(uSampler, vec2(vTextureCoord.s, vTextureCoord.t));
    gl_FragColor = vec4(textureColor.rgb * vLightWeighting, textureColor.a);
}

可以看到,现在球体对象表面的颜色被纹理贴图的颜色所替代了。

我们再加上一些简单的鼠标操作,就完成了一个可以旋转的3D眼球作品。

你可以自己在线试试

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