Web学习之怎么使用纹理贴图

2D纹理

实现贴图就需要用到纹理，常用的纹理格式有：2D纹理，立方体纹理，3D纹理。我们使用最基本的2D纹理就能实现本节需要的效果，我们来看一下使用纹理需要的api。相关教程：js视频教程

因为纹理的坐标原点位于左下角，和我们通常的左上角坐标原点刚好相反，下面就是将它按Y轴进行反转，方便我们设置坐标。

gl.pixelStorei(gl.UNPACK_FLIP_Y_WEBGL, 1);

激活和绑定纹理，gl.TEXTURE0 表示0号纹理，可以从0一直往上递增。TEXTURE_2D 则是表示2D纹理。

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

接着就是设置纹理参数，这个api非常重要，也是纹理最复杂的部分。

gl.texParameteri(target, pname, param) ，将param的值赋给绑定到目标的纹理对象的pname参数上。参数：

设置样例如下所示：

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，将 pixels 指定给绑定的纹理对象，这个api在 WebGL1 和 WebGL2 中的重载函数多达十几个，格式类型非常多样。pixels参数既可以是图像，canvas，也可以是视频，我们只看 WebGL1中的调用形式。

// 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:
//...

我封装出了一个纹理加载函数，每个api的调用格式可以查看资料，还是先实现我们想要的效果。

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;
 });
}

漫反射贴图

首先实现漫反射光贴图，从网上下载了个地板的贴图，里面包含了各种类型的贴图。

缓冲区要增加顶点对应的纹理坐标，这样才能通过纹理坐标找到对应的纹理像素，简称纹素。

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 ],
};

顶点着色器唯一区别是增加了纹理坐标，需要插值传入片元着色器

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

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

片元着色器修改的多一些。主要是使用 texture2D 获取对应坐标下的纹素，代替之前的颜色就可以了。下面就是片元着色器相关代码

//...
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部分加载贴图对应的图片，传递纹理单元，然后渲染

//...
(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，镜面高光部分似乎太刺眼了，因为地板是不会有镜子一样光滑强烈的反光的。

镜面高光贴图

为了实现更逼真的高光效果，继续实现高光贴图，实现原理和漫反射一样，把对应的高光颜色替换成高光贴图纹素就可以了。
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同时加载漫反射和高光贴图

//...
(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