Projective Texture的原理与实现
Projective Texture是比较常见的一种技术，实现起来代码也就区区的不过百行，了解其原理及技术细节是我们的重点，知其然，知其所以然。
粗略的说就是想象场景中有台投影仪（Projector），texture
在这里有几个概念不能混淆了：Camera–人眼坐标；Projector–投影仪坐标。在纹理坐标自动生成过程中，关键的就是如何把人眼坐标系中的vertex转换到Projector Space，进而转换到Projector clip plane，最后规范化为纹理坐标[0，1]。在我的实现中是把Projector定义为一个Camera（注意：不同于显示场景的Camera），所以 Projector有Camera的各项属性，我们可以通过gluPerspective,gluLookAt对其进行设置。如何为Projective texture自动生成纹理坐标是重点，这个过程和物体顶点变换为窗口坐标是类似的。在NV Developer Document[3]中有篇文档说的很详细，截图如下：
对上图可以这么理解，Camera用于物体顶点坐标到规范化设备的生成，Projector用于物体顶点纹理坐标的生成。而在不同模式下纹理坐标的生成方式是不同。
根据glTexGen的不同参数GL_OBJECT_LINEAR,GL_EYE_LINEAR来确定纹理生成的函数。在Projective texture mapping一文中给出的纹理坐标生成公式是：
注意：此处Vo是基于物体坐标系的，无论物体在人眼坐标系中如何变换，其物体坐标是不变的，根据公式其纹理坐标也是不变的。所以在 GL_OBJECT_LINEAR模式下看到的纹理是紧贴在物体表面的。而Ve是基于人眼坐标系的，在Projector设置好位置后是基于人眼坐标不变的。
我们来看Object Linear模式下纹理坐标是如何生成的：
此处的M（Model Matrix）是模型变换矩阵，不同于OPENGL的MODELVIEW MATRIX（这在模型变换的基础上还进行了视图变换）。顶点坐标左乘M后变换到World Space，为什么要变换到World Space呢？？这是因为Camera和Projector都是通过gluLookAt而定义在世界坐标中，这就像座桥梁，唯有通过它才能使得人眼视图体中的顶点转换到Projector定义的视图体内，才能进一步求出相应的纹理坐标。Vp是projector的view matrix（由gluLookAt定义），累加左乘得到projector space中的坐标。Pp是projector的projection matrix（由gluPerspective定义），累加左乘得到projector clip space中的坐标。最后累加偏移矩阵，使纹理坐标的s、t、
本文关注的是Eye Linear模式下纹理坐标的生成，有了以上对Object Linear的理解就好办了，公式如下：
Eye Linear模式是把人眼坐标下的顶点左乘OPENGL的MODELVIEW
Pointer在其BLOG中对上述问题也有详细的描述[4]，有很好的启发作用。值得拜读！
纹理坐标的自动生成大致就如此了，看点代码或许能更好的理解吧！
//—————————————-ProjTexture.h————————————
/********************************************************
Usage Instruction:
//in init()
glGenTextures(1, &id);
glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, id);
glTexImage2D(GL_TEXTURE_2D, ……, texImage);
ProjectiveTexture lightmap;
lightmap.SetupTexture(id);
lightmap.SetupMatrix(Camera* lightCam);
//in the render pipe loop…
lightmap.SetupMatrix(lightCam);
lightmap.BeginRender();
draw scene…
lightmap.EndRender();
********************************************************/
#ifndef _PROJTEXTURE_H_
#define _PROJTEXTURE_H_
#include “stdafx.h”
#include <gl/gl.h>
#include <gl/glu.h>
#include <gl/glext.h>
#include “Camera.h”
class ProjectiveTexture
{
private:
GLuint textureID;
float matrix[16];
public:
ProjectiveTexture() {}
virtual ~ProjectiveTexture() { glDeleteTextures(1, &textureID); }
//绑定纹理，设置纹理单元过滤操作、环境应用等参数
void SetupTexture(GLuint id)
{
textureID = id;
glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, id);
glTexParameterf(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_S, GL_CLAMP);
glTexParameterf(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_T, GL_CLAMP);
glTexParameterf(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_LINEAR);
glTexParameterf(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MAG_FILTER, GL_LINEAR);
glTexEnvi(GL_TEXTURE_ENV, GL_TEXTURE_ENV_MODE, GL_ADD);
// glTexEnvi(GL_TEXTURE_ENV, GL_TEXTURE_ENV_MODE, GL_MODULATE);
}
//lightCam是我们定义的一个Camera类，此处代表Projector
void SetupMatrix(Camera* lightCam)
{
glMatrixMode(GL_TEXTURE);
glPushMatrix();
static float biasMatrix[16] = { 0.5, 0.0, 0.0, 0.0,
0.0, 0.5, 0.0, 0.0,
0.0, 0.0, 0.5, 0.0,
0.5, 0.5, 0.5, 1.0 };
static double modelviewMatrix[16];
static double projMatrix[16];
//获得Projector的模型视图矩阵，用于把world space的顶点转换到projector space
lightCam->GetModelViewMatrix(modelviewMatrix);
//获得Projector的投影矩阵，用于把projector space的顶点转换到projector clip space
lightCam->GetProjectionMatrix(projMatrix);
glLoadMatrixf(biasMatrix);
glMultMatrixd(projMatrix);
glMultMatrixd(modelviewMatrix);
glGetFloatv(GL_TEXTURE_MATRIX, matrix); //获得纹理矩阵
glPopMatrix();
}
void BeginRender()
{
static float planeS[4] = { 1.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f };
static float planeT[4] = { 0.0f, 1.0f, 0.0f, 0.0f };
static float planeR[4] = { 0.0f, 0.0f, 1.0f, 0.0f };
static float planeQ[4] = { 0.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f };
glBindTexture(GL_TEXTURE_2D,textureID);
glTexGeni(GL_S,GL_TEXTURE_GEN_MODE,GL_EYE_LINEAR);
glTexGeni(GL_T,GL_TEXTURE_GEN_MODE,GL_EYE_LINEAR);
glTexGeni(GL_R,GL_TEXTURE_GEN_MODE,GL_EYE_LINEAR);
glTexGeni(GL_Q,GL_TEXTURE_GEN_MODE,GL_EYE_LINEAR);
glTexGenfv(GL_S,GL_EYE_PLANE,planeS);
glTexGenfv(GL_T,GL_EYE_PLANE,planeT);
glTexGenfv(GL_R,GL_EYE_PLANE,planeR);
glTexGenfv(GL_Q,GL_EYE_PLANE,planeQ);
glEnable(GL_TEXTURE_GEN_S);
glEnable(GL_TEXTURE_GEN_T);
glEnable(GL_TEXTURE_GEN_R);
glEnable(GL_TEXTURE_GEN_Q);
glMatrixMode(GL_TEXTURE);
glLoadMatrixf(matrix); // load our texture matrix
//渲染管线就像流水线，顶点是我们的操作对象，何时把相关的操作传入渲染管线，
//何时把不必要的操作卸下是我们该考虑的。物体顶点坐标应该是在模型视图矩阵
//（GL_MODELVIEW）转换到世界坐标，然后进入纹理矩阵模式下求出纹理坐标
glMatrixMode(GL_MODELVIEW);
}
void EndRender()
{
glDisable(GL_TEXTURE_GEN_S);
glDisable(GL_TEXTURE_GEN_T);
glDisable(GL_TEXTURE_GEN_R);
glDisable(GL_TEXTURE_GEN_Q);
}
};
#endif
void ProjectiveTextureViewer::Init()
{
glEnable(GL_CULL_FACE);
glGenTextures(1, &texdecal);
glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, texdecal);
read_ppm(”Data\\decal_image.ppm”);
glGenTextures(1, &texspotlight);
glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, texspotlight);
read_ppm(”Data\\spotlight_image.ppm”);
……
……
……
pLightMap = new Camera(); //create Projector
lightmap.SetupTexture(texspotlight); //ProjectiveTexture lightmap
lightmap.SetupMatrix(pLightMap);
}
void ProjectiveTextureViewer::Draw()
{
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);
glMatrixMode(GL_MODELVIEW);
glEnable(GL_TEXTURE_2D);
//画一个圆球，代表Projector
glPushMatrix();
glMultMatrixd(pLightMap->frame()->matrix());
glColor3f(1.0, 1.0, 0.0);
gluSphere(q, 0.02, 12, 12);
glPopMatrix();
//因为Projector是可以控制的，所以需要实时更新纹理矩阵
lightmap.SetupMatrix(pLightMap);
lightmap.BeginRender();
glMatrixMode(GL_MODELVIEW);
glPushMatrix();
glMultMatrixd(pRoom->matrix());
DrawRoom2();
glPopMatrix();
glPushMatrix();
glMultMatrixd(pObject->matrix());
DrawObject2();
glPopMatrix();
lightmap.EndRender();
}
现在来看看效果图吧：）
黄色小球为Projector（可控），ProjectiveTexture用的是一张笑脸纹理。
上面三副图从不同角度给出了投影纹理的效果图，效果还是可以的。这里没有考虑遮挡的问题，导致墙上的一些纹理本应被立方体阻挡的也渲染出来了，或许获取一个基于Projector的depth map可以解决，这就该是Shadow Mapping了，有待解决^_^，希望高人可以指点一下了！！
又一问题，从这两张图中可以看出Reverse Projection的问题，当Projector出现在两堵墙的同侧，墙上的纹理方向一致，如果Projector出现在两堵墙的中间，则一个沿着 projector的视线方向，另一个则为相反方向，通过定义一个裁剪平面能否解决这个问题呢？思考一下……
只是简单实现了一个投影纹理，发现问题还是瞒多的，fighting……
see also:
[1]、http://dev.gameres.com/Program/Visual/3D/ProjectTexture.htm
[2]、http://www.bluevoid.com/opengl/sig00/advanced00/notes/node81.html
[3]、http://www.nvidia.com/object/Projective_Texture_Mapping.html
[4]、http://pointer.cnblogs.com/archive/2004/12/30/84367.html
转载，出处已经不得而知了。希望对大家有用。
标签：OpenGL, Texture相关日志
If you enjoyed this post, please consider to leave a comment or subscribe to the feed and get future articles delivered to your feed reader.
