Введение в OpenSceneGraph: Основы работы с текстурами
Мы уже рассматривали пример, где раскрашивали квадрат во все цвета радуги. Тем не менее существует и другая технология, а именно применение к трехмерной геометрии так называемой текстурной карты или просто текстуры - растрового двухмерного изображения. При этом воздействие оказывается не на вершины геометрии, а изменяются данные всех пикселей, получаемых при растеризации сцены. Такой прием позволяет существенно увеличить реалистичность и детальность конечного изображения.
OSG поддерживает несколько текстурных атрибутов и режимов текстурирования. Но, перед тем как говорить о текстурах, поговорим о том, как в OSG оперируют с растровыми изображениями. Для работы с растровыми изображениями предусмотрен специальный класс - osg::Image, хранящий внутри себя данные изображения, предназначенных, в конечном итоге, для текстурирования объекта.
Представление данных растровых изображений. Класс osg::Image
Лучшим способом загрузки изображения с диска служит применение вызова osgDB::readImageFile(). Оно очень похож на уже набившbq нам оскомину вызов osg::readNodeFile(). Если у нас есть битмэп с именем picture.bmp, то есго загрузка будет выглядеть так
osg::ref_ptr<osg::Image> image = osgDB::readImageFile("picture.bmp");
Если изображение загружено корректно, то указатель будет валидным, в противном случае функция возвратит NULL. После загрузки мы можем получить информацию об изображении, используя следующие публичные методы
- s(), t() и r() - вовращают ширину, высоту и глубину изображения.
- data() - возвращает указатель типа unsigned char* на “сырые” данные изображения. Через данный указатель разработчик может непосредственно воздействовать на данные изображения. Получить представление о формате данных изображения можно, используя методы getPixalFormat() и getDataType(). Возващаемые ими значения эквивалентны параметрам формата и типа функций OpenGL glTexImage*(). Например, если картинка имеет формат пикселя GL_RGB и тип данный GL_UNSIGNED_BYTE то используются три независимых элемена (беззнаковых байта) для представления RGB-компонент цвета
Можно создать новый объект изображения и выделить под него память
osg::ref_ptr<osg::Image> image = new osg::Image;
image->allocateImage(s, t, r, GL_RGB, GL_UNSIGNED_BYTE);
unsigned char *ptr = image->data();
// Далее выполняем с буфером данных изображения любые операции
Здесь s, t, r - размеры изображения; GL_RGB задает формат пикселя, а GL_UNSIGNED_BYTE - тип данных для описания одной цветовой компоненты. Внетренний буфер данных нужного размера выделяется в памяти и автоматически уничтожается, если на данное изображение нет ни одной ссылки.
Система плагинов OSG поддерживает загрузку чуть ли не всех популярных форматов изобаржений: *.jpg, *.bmp, *.png, *.tif и так далее. Этот список нетрудно расширить, написав собственный плагин, но это тема для отдельной беседы.
Основы текстурирования
Для наложения текстуры на трехмерную модель необходимо выполнить ряд шагов:
- Задать геометрическому объекту текстурные координаты вершин (в среде трехмерных дизайнеров это называется UV-разверткой).
- Создать объект атрибута текстуры для 1D, 2D, 3D или кубической текстуры.
- Задать одно или несколько изображения для атрибута текстуры.
- Прикрепить текстурный атрибут и режим к набору состояний, прменяемому к отрисовываемому объекту.
OSG определяет класс osg::Texture, инкапсулирующий все виды текстур. От него производятся подклассы osg::Texture1D, osg::Texture2D, osg::Texture3D и osg::TextureCubeMap, которые представляю различные техники текстурирования, принятые в OpenGL.
Наиболее употребимый метод класса osg::Texture это setImage(), задающий изображение, используемое в текстуре, например
osg::ref_ptr<osg::Image> image = osgDB::readImageFile("picture.bmp");
osg::ref_ptr<osg::Texture2D> texture = new osg::Texture2D;
texture->setImage(image.get());
или, можно передать объект изображения непосредственно в конструктор класса текстуры
osg::ref_ptr<osg::Image> image = osgDB::readImageFile("picture.bmp");
osg::ref_ptr<osg::Texture2D> texture = new osg::Texture2D(image.get());
Изображение можно получить обратно из объекта текстуры вызвав метод getImage().
Другим важным моментом является задание текстурных координат для каждой вершины в объекта osg::Geometry. Передача этих координат происходит через массив osg::Vec2Array и osg::Vec3Array вызовом метода setTexCoordArray().
После задания текстурных координат мы должны установить номер текстурного слота (юнит), так как OSG поддерживает наложение нескольких текстур на одну и ту же геометрию. При спользовании одной текстуры номер юнита всегда равен 0ю Например, следующий код иллюстрирует задание текстурных координат для юнита 0 геометрии
osf::ref_ptr<osg::Vec2Array> texcoord = new osg::Vec2Array;
texcoord->push_back( osg::Vec2(...) );
...
geom->setTexCoordArray(0, texcoord.get());
После этого мы можем добавить атрибут текстуры в набор состояний, автоматически включая соответствующий режим текстурирование (в нашем примере GL_TEXTURE_2D) и применить атрибут к геометрии или узлу, содержащему данную геометрию
geom->getOrCreateStateSet()->setTextureAttributeAndModes(texture.get());
Обращаем внимание на то, что OpenGL управляет данными изображения в графической памяти видеокарты, но объект osg::Image вместе с теми же данными располагается в системной памяти. В резултате мы столкнемся с тем, что у нас хранятся два экземпляра одних и тех же данных, занимая память процесса. Если данное изображение не используется совместно несколькими атрибутами текстуры, его можно удалить из системной памяти сразу после того как OpenGL перенесет из в память видеоадаптера. Для включения этой функции класс osg::Texture предоставляет соотвествующий метод
texture->setUnRefImageDataAfterApply( true );
Загружаем и применяем 2D-текстуру
Чаще всего используется техника 2D-текстурирования - накладывание двухмерного изображения (или изображений) на грани трехмерной поверхности. Рассмотрим простейший пример наложения одной текстуры на четырехугольный полигон
main.h
#ifndef MAIN_H
#define MAIN_H
#include <osg/Texture2D>
#include <osg/Geometry>
#include <osgDB/ReadFile>
#include <osgViewer/Viewer>
#endif
main.cpp
#include "main.h"
int main(int argc, char *argv[])
{
(void) argc; (void) argv;
osg::ref_ptr<osg::Vec3Array> vertices = new osg::Vec3Array;
vertices->push_back( osg::Vec3(-0.5f, 0.0f, -0.5f) );
vertices->push_back( osg::Vec3( 0.5f, 0.0f, -0.5f) );
vertices->push_back( osg::Vec3( 0.5f, 0.0f, 0.5f) );
vertices->push_back( osg::Vec3(-0.5f, 0.0f, 0.5f) );
osg::ref_ptr<osg::Vec3Array> normals = new osg::Vec3Array;
normals->push_back( osg::Vec3(0.0f, -1.0f, 0.0f) );
osg::ref_ptr<osg::Vec2Array> texcoords = new osg::Vec2Array;
texcoords->push_back( osg::Vec2(0.0f, 0.0f) );
texcoords->push_back( osg::Vec2(0.0f, 1.0f) );
texcoords->push_back( osg::Vec2(1.0f, 1.0f) );
texcoords->push_back( osg::Vec2(1.0f, 0.0f) );
osg::ref_ptr<osg::Geometry> quad = new osg::Geometry;
quad->setVertexArray(vertices.get());
quad->setNormalArray(normals.get());
quad->setNormalBinding(osg::Geometry::BIND_OVERALL);
quad->setTexCoordArray(0, texcoords.get());
quad->addPrimitiveSet( new osg::DrawArrays(GL_QUADS, 0, 4) );
osg::ref_ptr<osg::Texture2D> texture = new osg::Texture2D;
osg::ref_ptr<osg::Image> image = osgDB::readImageFile("../data/Images/lz.rgb");
texture->setImage(image.get());
osg::ref_ptr<osg::Geode> root = new osg::Geode;
root->addDrawable(quad.get());
root->getOrCreateStateSet()->setTextureAttributeAndModes(0, texture.get());
osgViewer::Viewer viewer;
viewer.setSceneData(root.get());
return viewer.run();
}
Создаем массив вершин и нормалей к грани
osg::ref_ptr<osg::Vec3Array> vertices = new osg::Vec3Array;
vertices->push_back( osg::Vec3(-0.5f, 0.0f, -0.5f) );
vertices->push_back( osg::Vec3( 0.5f, 0.0f, -0.5f) );
vertices->push_back( osg::Vec3( 0.5f, 0.0f, 0.5f) );
vertices->push_back( osg::Vec3(-0.5f, 0.0f, 0.5f) );
osg::ref_ptr<osg::Vec3Array> normals = new osg::Vec3Array;
normals->push_back( osg::Vec3(0.0f, -1.0f, 0.0f) );
Создаем массив текстурных координат
osg::ref_ptr<osg::Vec2Array> texcoords = new osg::Vec2Array;
texcoords->push_back( osg::Vec2(0.0f, 0.0f) );
texcoords->push_back( osg::Vec2(0.0f, 1.0f) );
texcoords->push_back( osg::Vec2(1.0f, 1.0f) );
texcoords->push_back( osg::Vec2(1.0f, 0.0f) );
Смысл заключается в том, что каждой вершине трехмерной модели соотвествует точка на двухмерной текстуре, причем координаты точки на текстуре являются относительными - они нормируются к фактической ширине и высоте изображения. Мы хотим натянуть на квадрат всю загружаемую картинку, соотвественно углам квадрата будут соотвествовать точки текстуры (0, 0), (0, 1), (1, 1) и (1, 0). Порядок следования вершин в массиве вершин, должен совпадать с порядком текстурных вершин.
Далее создаем квадрат, присваивая геометрии массив вершин и массив нормалей
osg::ref_ptr<osg::Geometry> quad = new osg::Geometry;
quad->setVertexArray(vertices.get());
quad->setNormalArray(normals.get());
quad->setNormalBinding(osg::Geometry::BIND_OVERALL);
quad->setTexCoordArray(0, texcoords.get());
quad->addPrimitiveSet( new osg::DrawArrays(GL_QUADS, 0, 4) );
Создаем объект текстуры и загружаем изображение, используемое для нее
osg::ref_ptr<osg::Texture2D> texture = new osg::Texture2D;
osg::ref_ptr<osg::Image> image = osgDB::readImageFile("../data/Images/lz.rgb");
texture->setImage(image.get());
Создаем корневой узел сцены и помещаем туда созданную нами геометрию
osg::ref_ptr<osg::Geode> root = new osg::Geode;
root->addDrawable(quad.get());
и, наконец, применяем атрибут текстуры к узлу, в который помещена геометрия
root->getOrCreateStateSet()->setTextureAttributeAndModes(0, texture.get());
Класс osg::Texture2D определяет, являются ли размеры изображения текстуры кратными степеням двойкм (например 64х64 или 256х512) автоматически масштабируя неподходящие по размеру изображения, фактически применяя функцию gluScaleImage() OpenGL. Существует метод setResizeNonPowerOfTwoHint(), определяющий, нужно или нет изменять размер изображения. Некоторые видеокарты требуют кратность размера изображения степени двойки, в то время как класс osg::Texture2D поддерживает работу с произвольмым размером текстуры.
Кое-что о режиме наложения текстур
Как мы уже говорили, текстурные координаты нормированы от 0 до 1. Точке (0, 0) соотвествует левый верхний угол изображения, а точке (1, 1) - правый нижний. Что будет, если задать текстурные координаты больше единицы?
По-умолчанию, в OpenGL, как и в OSG тектура будет повтарятся в направлении оси, значение текстурной координаты превысит единицу. Этот прием часто используют, например чтобы создать модель длинной кирпичной стены, использую небольшую текстуру, повторяя её наложение многократно как по ширине, так и по высоте.
Этим поведением можно управлять через метод setWrap() класса osg::Texture. В качестве первого параметра метод принимает идентификатор оси, к которой следует применить режим наложения, передаваемый в качестве второго параметра, например
// Повторять текстуру по оси s
texture->setWrap( osg::Texture::WRAP_S, osg::Texture::REPEAT );
// Повторять текстуру по оси r
texture->setWrap( osg::Texture::WRAP_R, osg::Texture::REPEAT );
Данный код явно указывает движку повторять тексутуру по осям s и r, если значения текстурных координат превышают 1. Полсный список режимом наложения текстур:
- REPEAT - повторять текстуру.
- MIRROR - порторять текстуру, отразив зеркально.
- CLAMP_TO_EDGE - координаты, выходящие за переделы от 0 до 1 привязываются к соответсвующему краю текстуры.
- CLAMP_TO_BORDER - координаты, выходящие за пределы от 0 до 1 будут давать установленный пользователем цвет границы.