Web學習之怎麼使用紋理貼圖

為了讓圖形能獲得接近真實物體的材質效果，一般會使用貼圖，貼圖類型主要包括兩種：漫反射貼圖和鏡面高光貼圖。其中漫反射貼圖可以同時實現漫反射光和環境光的效果。
實際效果請看demo：紋理貼圖

#2D紋理

實作貼圖就需要用到紋理，常用的紋理格式有：2D紋理，立方體紋理，3D紋理。我們使用最基本的2D紋理就能達到本節所需的效果，我們來看看使用紋理所需的api。相關教學：js影片教學

因為紋理的座標原點位於左下角，和我們通常的左上角座標原點剛好相反，下面就是將它按Y軸進行反轉，方便我們設定坐標。

gl.pixelStorei(gl.UNPACK_FLIP_Y_WEBGL, 1);

啟動和綁定紋理，gl.TEXTURE0 表示0號紋理，可以從0一直往上遞增。 TEXTURE_2D 則是表示2D紋理。

gl.activeTexture(gl.TEXTURE0);//激活纹理
gl.bindTexture(gl.TEXTURE_2D, texture);//绑定纹理

接著就是設定紋理參數，這個api非常重要，也是紋理最複雜的部分。

gl.texParameteri(target, pname, param) ，將param的值賦給綁定到目標的紋理物件的pname參數上。參數：

• target: gl.TEXTURE_2D 或gl.TEXTURE_CUBE_MAP

• pname: 可指定4個紋理參數

  1. 放大（gl.TEXTURE_MAP_FILTER）:當紋理的繪製範圍比紋理本身更大時，如何取得紋理顏色。例如，將16*16的紋理影像映射到32*32像素的空間時，紋理的尺寸會變成原始的兩倍。預設值為gl.LINEAR。
  2. 縮小（gl.TEXTURE_MIN_FILTER）: 當紋理的繪製回傳比紋理本身更小時，如何取得紋素顏色。例如，將32*32的紋理影像映射到16*16像素空間裡，紋理的尺寸就只有原始的普通。預設值為gl.NEAREST_MIPMAP_LINEAR。
  3. 水平填充（gl.TEXTURE_WRAP_S）: 表示如何對紋理圖像左側或右側區域進行填充。預設值為gl.REPEAT。
  4. 垂直填入（gl.TEXTURE_WRAP_T）: 表示如何對紋理影像上方和下方的區域進行填滿。預設值為gl.REPEAT。

• param: 紋理參數的值

  1. #可賦給gl.TEXTURE_MAP_FILTER 和gl .TEXTURE_MIN_FILTER 參數的值

     gl.NEAREST: 使用原紋理上距離映射後像素中心最近的那個像素的顏色值，作為新像素的值。

     gl.LINEAR: 使用距離新像素中心最近的四個像素的顏色值的加權平均，作為新像素的值（和gl.NEAREST相比，該方法圖像質量更好，但也會有較大的開銷。）

  2. 可賦給gl.TEXTURE_WRAP_S 和gl.TEXTURE_WRAP_T 的常數：

     gl.REPEAT: 平鋪式的重複紋理

     #gl.MIRRORED_REPEAT: 鏡像對稱的重複紋理

     gl.CLAMP_TO_EDGE: 使用紋理影像邊緣值

#設定樣例如下所示：

gl.texParameteri(gl.TEXTURE_2D, gl.TEXTURE_WRAP_S, gl.CLAMP_TO_EDGE);
gl.texParameteri(gl.TEXTURE_2D, gl.TEXTURE_WRAP_T, gl.CLAMP_TO_EDGE);
gl.texParameteri(gl.TEXTURE_2D, gl.TEXTURE_MIN_FILTER, gl.LINEAR);
gl.texParameteri(gl.TEXTURE_2D, gl.TEXTURE_MAG_FILTER, gl.NEAREST);

#gl .texImage2D，將pixels 指定給綁定的紋理對象，這個api在WebGL1 和WebGL2 中的重載函數多達十幾個，格式類型非常多樣。 pixels參數既可以是圖像，canvas，也可以是視頻，我們只看 WebGL1中的呼叫形式。

// WebGL1:
void gl.texImage2D(target, level, internalformat, width, height, border, format, type, ArrayBufferView? pixels);
void gl.texImage2D(target, level, internalformat, format, type, ImageData? pixels);
void gl.texImage2D(target, level, internalformat, format, type, HTMLImageElement? pixels);
void gl.texImage2D(target, level, internalformat, format, type, HTMLCanvasElement? pixels);
void gl.texImage2D(target, level, internalformat, format, type, HTMLVideoElement? pixels);
void gl.texImage2D(target, level, internalformat, format, type, ImageBitmap? pixels);

// WebGL2:
//...

我封裝出了一個紋理載入函數，每個api的呼叫格式可以查看資料，還是先實現我們想要的效果。

function loadTexture(url) {
    const texture = gl.createTexture();
    gl.pixelStorei(gl.UNPACK_FLIP_Y_WEBGL, 1);
    gl.activeTexture(gl.TEXTURE0);
    gl.bindTexture(gl.TEXTURE_2D, texture);
    
    gl.texParameteri(gl.TEXTURE_2D, gl.TEXTURE_WRAP_S, gl.CLAMP_TO_EDGE);
    gl.texParameteri(gl.TEXTURE_2D, gl.TEXTURE_WRAP_T, gl.CLAMP_TO_EDGE);
    gl.texParameteri(gl.TEXTURE_2D, gl.TEXTURE_MIN_FILTER, gl.LINEAR);
    
    let textureInfo = {
        width: 1,
        height: 1,
        texture: texture,
    };
    const img = new Image();
    return new Promise((resolve,reject) => {
        img.onload = function() {
            textureInfo.width = img.width;
            textureInfo.height = img.height;
            gl.bindTexture(gl.TEXTURE_2D, textureInfo.texture);
            gl.texImage2D(gl.TEXTURE_2D, 0, gl.RGBA, gl.RGBA, gl.UNSIGNED_BYTE, img);
            resolve(textureInfo);
        };
        img.src = url;
    });
}

漫反射貼圖

首先實現漫反射光貼圖，從網路上下載了個地板的貼圖，裡麵包含了各種類型的貼圖。

緩衝區要增加頂點對應的紋理座標，這樣才能透過紋理座標找到對應的紋理像素，簡稱紋素。

const arrays = {
    position: [
        -1, 0, -1,
        -1, 0, 1,
        1, 0, -1,
        1, 0, 1
    ],
    texcoord: [
        0.0, 1.0,
        0.0, 0.0,
        1.0, 1.0,
        1.0, 0.0
    ],
    normal: [ 0, 0, 1, 0, 0, 1, 0, 0, 1, 0, 0, 1 ],
};

頂點著色器唯一差異是增加了紋理座標，需要插值傳入片元著色器

//...
attribute vec2 a_texcoord;
varying vec2 v_texcoord;

void main() { 
        //...
    v_texcoord = a_texcoord;
}

片元著色器修改的多一些。主要是使用 texture2D 取得對應座標下的紋素，取代之前的顏色就可以了。以下是片元著色器相關程式碼

//...
vec3 normal = normalize(v_normal);
vec4 diffMap = texture2D(u_samplerD, v_texcoord);

//光线方向
vec3 lightDirection = normalize(u_lightPosition - v_position);
// 计算光线方向和法向量夹角
float nDotL = max(dot(lightDirection, normal), 0.0);
// 漫反射光亮度
vec3 diffuse = u_diffuseColor * nDotL * diffMap.rgb;
// 环境光亮度
vec3 ambient = u_ambientColor * diffMap.rgb;
//...

js部分載入貼圖對應的圖片，傳遞紋理單元，然後渲染

//...
(async function (){
    const ret = await loadTexture('/model/floor_tiles_06_diff_1k.jpg')
    setUniforms(program, {
        u_samplerD: 0//0号纹理
    });
    //...
    draw();
})()

效果如下，鏡面高光部分似乎太刺眼了，因為地板是不會有鏡子一樣光滑強烈的反光的。

镜面Web學習之怎麼使用紋理貼圖

为了实现更逼真的高光效果，继续实现Web學習之怎麼使用紋理貼圖，实现原理和漫反射一样，把对应的高光颜色替换成Web學習之怎麼使用紋理貼圖纹素就可以了。
下面就是片元着色器增加修改高光部分

//...
vec3 normal = normalize(v_normal);
vec4 diffMap = texture2D(u_samplerD, v_texcoord);
vec4 specMap = texture2D(u_samplerS, v_texcoord);

//光线方向
vec3 lightDirection = normalize(u_lightPosition - v_position);
// 计算光线方向和法向量夹角
float nDotL = max(dot(lightDirection, normal), 0.0);
// 漫反射光亮度
vec3 diffuse = u_diffuseColor * nDotL * diffMap.rgb;
// 环境光亮度
vec3 ambient = u_ambientColor * diffMap.rgb;
// 镜面高光
vec3 eyeDirection = normalize(u_viewPosition - v_position);// 反射方向
vec3 halfwayDir = normalize(lightDirection + eyeDirection);
float specularIntensity = pow(max(dot(normal, halfwayDir), 0.0), u_shininess);
vec3 specular = (vec3(0.2,0.2,0.2) + specMap.rgb) * specularIntensity;
//...

js同时加载漫反射和Web學習之怎麼使用紋理貼圖

//...
(async function (){
    const ret = await Promise.all([
        loadTexture('/model/floor_tiles_06_diff_1k.jpg'),
        loadTexture('/model/floor_tiles_06_spec_1k.jpg',1)
    ]);
    setUniforms(program, {
        u_samplerD: 0,//0号纹理
        u_samplerS: 1 //1号纹理
    });
    //...
    draw();
})()

最后实现的效果如下，明显更加接近真实的地板

以上是Web學習之怎麼使用紋理貼圖的詳細內容。更多資訊請關注PHP中文網其他相關文章！