c - 在 OpenGL 中计算立方体上的 UV 映射纹理图集

问题描述

我一直在用 C 语言对一个用 OpenGL 构建的 MineCraft 应用程序进行逆向工程。如果您不知道，游戏涉及立方体的生成，立方体的 UV 贴图纹理，然后将它们放置在您（通常）添加的世界中，并删除以构建和销毁（以及更多）。

游戏功能齐全。有用。一切都呈现。所有功能都正常。但是我遇到了很多麻烦（几天），从纹理图集重建立方体上的 UV 映射。具体问题是我不明白这个系统是如何使用 UV 映射将纹理映射到立方体上的。我已经对这篇文章中提到的函数进行了逆向工程、重构和手动计算，但从我读过的所有资源来看，我还不够。如果有人足够亲切地帮助我了解我理解错误的内容，和/或这个函数是如何做它正在做的事情，我会非常高兴。这是最后一部分，是我从里到外理解的应用程序的其余部分。现在就是这个了。

一个函数被用来创建顶点缓冲区数据、法线数据和纹理数据，以便在构建立方体后下推 GL 管道。

我正在逆向工程的函数中的顶点数据是不言自明的，因为它只是使用笛卡尔坐标系。正常的数据，也很简单。但是紫外线数据，我已经在这上面旋转了三天。我被卡住的一个原因是所有的 UV 贴图教程要么涉及在正方形的所有 6 个面上使用的单个正方形纹理，要么涉及未散开的立方体纹理。这个 Minecraft 不使用其中任何一个。它使用 3x1 矩形地图。底部，中间，顶部。中间用作所有侧面（左，右，前，后），顶部和底部是独立的。

另一个原因是当我完成数学运算时（我一遍又一遍地检查我的计算），我无法得出与程序相同的答案。程序运行良好，可以正常工作。所以我知道我错过了一些东西。

我已经在我的白板上绘制了 UV 坐标，研究/阅读了许多来源的 UV 映射（我将在下面引用），我只是无法弄清楚这个公式是如何工作的。主要原因是不存在的文档和相对模糊的命名约定，人们用于创建这些功能。但是，尽管如此，我已经接近完成所有事情了。这是我需要了解的最后一块，以便整个拼图到位。

根据我对其工作原理的理解，使用 UV 纹理映射，UV 或 ST 坐标映射与笛卡尔坐标相同，只是它们来自 [0..1]。但是从我所看到的这个应用程序中的算法（有效）来看，我一定遗漏了一些东西。

我看它的方式，或者至少我在多个地方读过的内容是，无论你的顶点在哪里，无论你想渲染它们，无论你希望纹理的左下角在哪里，你都可以放置它你会认为你的左下顶点在哪里。纹理的右上角，右上角的顶点。等等。当我对其中的一些进行数学计算时，当我用正确的 [0..1] 坐标代替 <x,y,z> 向量时，有 4 / 6 的方程得到了平移。

仅供参考，纹理图集从左到右有 16 个“行”或纹理。但每个立方体由 3 个纹理方块组成。没有“左”、“右”或“后”，因为“前”纹理用于每一侧。意思是，左 = 前 = 后 = 左......最终，顶部，中间 x 4，底部。每个纹理块0.0625又宽又0.0625高。一共是16个。

float *vector是一个浮点数组，将用作着色器的顶点。
float *normal是用于着色器的法线数据数组。
float *texture是 UV 数据，稍后同样会添加到着色器中。
int left, int right, int top, int bottom, int front, int back都是布尔值。它们指定要渲染的面。如果 all are 1，则将呈现该立方体的所有顶点数据。如果所有这些都是0，则不会呈现任何内容。
float x, float y, float z是要渲染的块的坐标。
int n是接下来提供的坐标的偏移量，用于构建立方体（宽度和高度）
int w是要使用的纹理。（来自1 - 16）

当函数开始时，它减去以1从w开始纹理坐标0，而不是1。然后它运行，为每个点设置坐标，进入下一个内存空间并为其分配以下坐标。它一遍又一遍地这样做，*vector_data因为指向*vector，*normal_data指向*normal。这一切都很直观。

但是来到*texture_data指向“*纹理”的地方，对我来说就是地狱和手篮。

我使用值(0, 0, 0)作为初始(x, y, z)值 ,w = 1和n = 0.5所有面孔 ,int left, int right, int top, int bottom, int front, int back = 1, 1, 1, 1, 1, 1来尝试剖析它，因为在我下面引用的资源中找不到明确的信息，至少这可以帮助我解决这个问题，我可以理解.

只是为了让您知道我已经尝试了所有我认为可以的方法，我还将向您提供我在此应用程序中运行的数据，这些数据与我的方程式不匹配。

有问题的功能。

make_cube(float *vector, float *normal, float *texture, int left, int right, int top, int bottom, int front, int back,
          float x, float y, float z, float n, int w) {
    float *vector_data = vector;
    float *normal_data = normal;
    float *texture_data = texture;
    float s = 1.0f / 16; // 0.0625f
    float a = 0;
    float b = 1.0f / 16; // 0.0625
//    float b = s; // 0.0625
    float du, dv;
    float ou, ov;
    w--;
    ou = (w % 16) * s; // w % 16 * 0.0625 width offset... the position of the texture times the width percentage of textures texture_pos * (1 / 16)
    ov = (w / 16 * 3) * s; // height offset

    // 108 data points, or 36 (3D) vector_data for the cube
    // 108 data points, or 36 (3D) normal_data for the cube
    // 72 data points, or  36 (2D) texture_data for the cube
    if (left) {
        du = ou; dv = ov + s;
        *(vector_data++) = x - n; *(vector_data++) = y - n; *(vector_data++) = z - n;
        *(vector_data++) = x - n; *(vector_data++) = y + n; *(vector_data++) = z + n;
        *(vector_data++) = x - n; *(vector_data++) = y + n; *(vector_data++) = z - n;
        *(vector_data++) = x - n; *(vector_data++) = y - n; *(vector_data++) = z - n;
        *(vector_data++) = x - n; *(vector_data++) = y - n; *(vector_data++) = z + n;
        *(vector_data++) = x - n; *(vector_data++) = y + n; *(vector_data++) = z + n;
        *(normal_data++) = -1; *(normal_data++) = 0; *(normal_data++) = 0;
        *(normal_data++) = -1; *(normal_data++) = 0; *(normal_data++) = 0;
        *(normal_data++) = -1; *(normal_data++) = 0; *(normal_data++) = 0;
        *(normal_data++) = -1; *(normal_data++) = 0; *(normal_data++) = 0;
        *(normal_data++) = -1; *(normal_data++) = 0; *(normal_data++) = 0;
        *(normal_data++) = -1; *(normal_data++) = 0; *(normal_data++) = 0;

        // hint: z appears to be interchanged with y in pattern
        //   and x's pattern doesn't matter.
        *(texture_data++) = a + du; *(texture_data++) = a + dv;
        *(texture_data++) = b + du; *(texture_data++) = b + dv;
        *(texture_data++) = a + du; *(texture_data++) = b + dv;
        *(texture_data++) = a + du; *(texture_data++) = a + dv;
        *(texture_data++) = b + du; *(texture_data++) = a + dv;
        *(texture_data++) = b + du; *(texture_data++) = b + dv;
    }
    if (right) {
        du = ou; dv = ov + s;
        *(vector_data++) = x + n; *(vector_data++) = y - n; *(vector_data++) = z - n;
        *(vector_data++) = x + n; *(vector_data++) = y + n; *(vector_data++) = z + n;
        *(vector_data++) = x + n; *(vector_data++) = y - n; *(vector_data++) = z + n;
        *(vector_data++) = x + n; *(vector_data++) = y - n; *(vector_data++) = z - n;
        *(vector_data++) = x + n; *(vector_data++) = y + n; *(vector_data++) = z - n;
        *(vector_data++) = x + n; *(vector_data++) = y + n; *(vector_data++) = z + n;
        *(normal_data++) = 1; *(normal_data++) = 0; *(normal_data++) = 0;
        *(normal_data++) = 1; *(normal_data++) = 0; *(normal_data++) = 0;
        *(normal_data++) = 1; *(normal_data++) = 0; *(normal_data++) = 0;
        *(normal_data++) = 1; *(normal_data++) = 0; *(normal_data++) = 0;
        *(normal_data++) = 1; *(normal_data++) = 0; *(normal_data++) = 0;
        *(normal_data++) = 1; *(normal_data++) = 0; *(normal_data++) = 0;

        // hint: z appears to be interchanged with y in pattern
        //   and x's pattern doesn't matter.
        *(texture_data++) = b + du; *(texture_data++) = a + dv;
        *(texture_data++) = a + du; *(texture_data++) = b + dv;
        *(texture_data++) = a + du; *(texture_data++) = a + dv;
        *(texture_data++) = b + du; *(texture_data++) = a + dv;
        *(texture_data++) = b + du; *(texture_data++) = b + dv;
        *(texture_data++) = a + du; *(texture_data++) = b + dv;
    }
    if (top) {
        du = ou; dv = ov + s + s;
        *(vector_data++) = x - n; *(vector_data++) = y + n; *(vector_data++) = z - n;
        *(vector_data++) = x - n; *(vector_data++) = y + n; *(vector_data++) = z + n;
        *(vector_data++) = x + n; *(vector_data++) = y + n; *(vector_data++) = z + n;
        *(vector_data++) = x - n; *(vector_data++) = y + n; *(vector_data++) = z - n;
        *(vector_data++) = x + n; *(vector_data++) = y + n; *(vector_data++) = z + n;
        *(vector_data++) = x + n; *(vector_data++) = y + n; *(vector_data++) = z - n;
        *(normal_data++) = 0; *(normal_data++) = 1; *(normal_data++) = 0;
        *(normal_data++) = 0; *(normal_data++) = 1; *(normal_data++) = 0;
        *(normal_data++) = 0; *(normal_data++) = 1; *(normal_data++) = 0;
        *(normal_data++) = 0; *(normal_data++) = 1; *(normal_data++) = 0;
        *(normal_data++) = 0; *(normal_data++) = 1; *(normal_data++) = 0;
        *(normal_data++) = 0; *(normal_data++) = 1; *(normal_data++) = 0;

        // hint: the pattern seems to be with x and z, (not y) because it remains the same
        *(texture_data++) = a + du; *(texture_data++) = b + dv;
        *(texture_data++) = a + du; *(texture_data++) = a + dv;
        *(texture_data++) = b + du; *(texture_data++) = a + dv;
        *(texture_data++) = a + du; *(texture_data++) = b + dv;
        *(texture_data++) = b + du; *(texture_data++) = a + dv;
        *(texture_data++) = b + du; *(texture_data++) = b + dv;
    }
    if (bottom) {
        du = ou; dv = ov + 0;
        *(vector_data++) = x - n; *(vector_data++) = y - n; *(vector_data++) = z - n;
        *(vector_data++) = x + n; *(vector_data++) = y - n; *(vector_data++) = z - n;
        *(vector_data++) = x + n; *(vector_data++) = y - n; *(vector_data++) = z + n;
        *(vector_data++) = x - n; *(vector_data++) = y - n; *(vector_data++) = z - n;
        *(vector_data++) = x + n; *(vector_data++) = y - n; *(vector_data++) = z + n;
        *(vector_data++) = x - n; *(vector_data++) = y - n; *(vector_data++) = z + n;
        *(normal_data++) = 0; *(normal_data++) = -1; *(normal_data++) = 0;
        *(normal_data++) = 0; *(normal_data++) = -1; *(normal_data++) = 0;
        *(normal_data++) = 0; *(normal_data++) = -1; *(normal_data++) = 0;
        *(normal_data++) = 0; *(normal_data++) = -1; *(normal_data++) = 0;
        *(normal_data++) = 0; *(normal_data++) = -1; *(normal_data++) = 0;
        *(normal_data++) = 0; *(normal_data++) = -1; *(normal_data++) = 0;

        // hint: the pattern seems to fit with x, z and negate y
        *(texture_data++) = a + du; *(texture_data++) = a + dv;
        *(texture_data++) = b + du; *(texture_data++) = a + dv;
        *(texture_data++) = b + du; *(texture_data++) = b + dv;
        *(texture_data++) = a + du; *(texture_data++) = a + dv;
        *(texture_data++) = b + du; *(texture_data++) = b + dv;
        *(texture_data++) = a + du; *(texture_data++) = b + dv;
    }
    if (front) {
        du = ou; dv = ov + s;
        *(vector_data++) = x - n; *(vector_data++) = y - n; *(vector_data++) = z + n;
        *(vector_data++) = x + n; *(vector_data++) = y - n; *(vector_data++) = z + n;
        *(vector_data++) = x + n; *(vector_data++) = y + n; *(vector_data++) = z + n;
        *(vector_data++) = x - n; *(vector_data++) = y - n; *(vector_data++) = z + n;
        *(vector_data++) = x + n; *(vector_data++) = y + n; *(vector_data++) = z + n;
        *(vector_data++) = x - n; *(vector_data++) = y + n; *(vector_data++) = z + n;
        *(normal_data++) = 0; *(normal_data++) = 0; *(normal_data++) = -1;
        *(normal_data++) = 0; *(normal_data++) = 0; *(normal_data++) = -1;
        *(normal_data++) = 0; *(normal_data++) = 0; *(normal_data++) = -1;
        *(normal_data++) = 0; *(normal_data++) = 0; *(normal_data++) = -1;
        *(normal_data++) = 0; *(normal_data++) = 0; *(normal_data++) = -1;
        *(normal_data++) = 0; *(normal_data++) = 0; *(normal_data++) = -1;

        // hint: u seems to link with x, and v with y (but the opposite)
        *(texture_data++) = b + du; *(texture_data++) = a + dv;
        *(texture_data++) = a + du; *(texture_data++) = a + dv;
        *(texture_data++) = a + du; *(texture_data++) = b + dv;
        *(texture_data++) = b + du; *(texture_data++) = a + dv;
        *(texture_data++) = a + du; *(texture_data++) = b + dv;
        *(texture_data++) = b + du; *(texture_data++) = b + dv;
    }
    if (back) {
        du = ou; dv = ov + s;
        *(vector_data++) = x - n; *(vector_data++) = y - n; *(vector_data++) = z - n;
        *(vector_data++) = x + n; *(vector_data++) = y + n; *(vector_data++) = z - n;
        *(vector_data++) = x + n; *(vector_data++) = y - n; *(vector_data++) = z - n;
        *(vector_data++) = x - n; *(vector_data++) = y - n; *(vector_data++) = z - n;
        *(vector_data++) = x - n; *(vector_data++) = y + n; *(vector_data++) = z - n;
        *(vector_data++) = x + n; *(vector_data++) = y + n; *(vector_data++) = z - n;
        *(normal_data++) = 0; *(normal_data++) = 0; *(normal_data++) = 1;
        *(normal_data++) = 0; *(normal_data++) = 0; *(normal_data++) = 1;
        *(normal_data++) = 0; *(normal_data++) = 0; *(normal_data++) = 1;
        *(normal_data++) = 0; *(normal_data++) = 0; *(normal_data++) = 1;
        *(normal_data++) = 0; *(normal_data++) = 0; *(normal_data++) = 1;
        *(normal_data++) = 0; *(normal_data++) = 0; *(normal_data++) = 1;

        // hint: the texture u seems to link with x, and v with y
        *(texture_data++) = a + du; *(texture_data++) = a + dv;
        *(texture_data++) = b + du; *(texture_data++) = b + dv;
        *(texture_data++) = b + du; *(texture_data++) = a + dv;
        *(texture_data++) = a + du; *(texture_data++) = a + dv;
        *(texture_data++) = a + du; *(texture_data++) = b + dv;
        *(texture_data++) = b + du; *(texture_data++) = b + dv;


        *(texture_data++) = b + du; *(texture_data++) = a + dv;
        *(texture_data++) = a + du; *(texture_data++) = a + dv;
        *(texture_data++) = a + du; *(texture_data++) = b + dv;
        *(texture_data++) = b + du; *(texture_data++) = a + dv;
        *(texture_data++) = a + du; *(texture_data++) = b + dv;
        *(texture_data++) = b + du; *(texture_data++) = b + dv;
    }
}

当我left从程序本身得到的结果时，这就是我得到的顶点：

x = 0.500000, y = 0.500000, z = 0.500000
x = 0.500000, y = 1.500000, z = 1.500000
x = 0.500000, y = 1.500000, z = 0.500000
x = 0.500000, y = 0.500000, z = 0.500000
x = 0.500000, y = 0.500000, z = 1.500000
x = 0.500000, y = 1.500000, z = 1.500000

和纹理数据...（请记住，因为left立方体，是第二个向上（v = 0.0625）和x起始位置是u = 0），所以UV中的原点是0, 0.0625。

x = 0.000000, y = 0.062500
x = 0.062500, y = 0.125000
x = 0.000000, y = 0.125000
x = 0.000000, y = 0.062500
x = 0.062500, y = 0.062500
x = 0.062500, y = 0.125000

但是我手动计算，当我将坐标应用到 UV 贴图定位时，我实际上得到了......我这样做的方式是每次我得到一个

x = 0.000000, y = 0.062500
x = 0.062500, y = 0.125000
x = 0.062500, y = 0.062500
x = 0.000000, y = 0.062500
x = 0.000000, y = 0.125000
x = 0.062500, y = 0.125000

我不认为我得到了几乎正确的值是偶然的。立方体也没有相同的渲染纹理。其中一些是颠倒的，使纹理看起来有机地连接到另一个。以下是围绕立方体逆时针旋转时的 4 个侧面的一些屏幕截图。

前左后右 _

有谁知道这是如何工作的？有人可以指出我的方向吗？我觉得我一直在看这个太久了，我无法透过树木看到森林。我需要了解这些 UV 坐标是如何映射到这个立方体的每个特定侧面的。

如果其他人有兴趣，这里是顶点和纹理数据的其余输出（分别在同一代码块中）。

正确的

x = 1.500000, y = 0.500000, z = 0.500000
x = 1.500000, y = 1.500000, z = 1.500000
x = 1.500000, y = 0.500000, z = 1.500000
x = 1.500000, y = 0.500000, z = 0.500000
x = 1.500000, y = 1.500000, z = 0.500000
x = 1.500000, y = 1.500000, z = 1.500000

x = 0.062500, y = 0.062500
x = 0.000000, y = 0.125000
x = 0.000000, y = 0.062500
x = 0.062500, y = 0.062500
x = 0.062500, y = 0.125000
x = 0.000000, y = 0.125000

最佳

x = 0.500000, y = 1.500000, z = 0.500000
x = 0.500000, y = 1.500000, z = 1.500000
x = 1.500000, y = 1.500000, z = 1.500000
x = 0.500000, y = 1.500000, z = 0.500000
x = 1.500000, y = 1.500000, z = 1.500000
x = 1.500000, y = 1.500000, z = 0.500000


x = 0.000000, y = 0.187500
x = 0.000000, y = 0.125000
x = 0.062500, y = 0.125000
x = 0.000000, y = 0.187500
x = 0.062500, y = 0.125000
x = 0.062500, y = 0.187500

底部

x = 0.500000, y = 0.500000, z = 0.500000
x = 1.500000, y = 0.500000, z = 0.500000
x = 1.500000, y = 0.500000, z = 1.500000
x = 0.500000, y = 0.500000, z = 0.500000
x = 1.500000, y = 0.500000, z = 1.500000
x = 0.500000, y = 0.500000, z = 1.500000


x = 0.000000, y = 0.000000
x = 0.062500, y = 0.000000
x = 0.062500, y = 0.062500
x = 0.000000, y = 0.000000
x = 0.062500, y = 0.062500
x = 0.000000, y = 0.062500

正面

x = 0.500000, y = 0.500000, z = 1.500000
x = 1.500000, y = 0.500000, z = 1.500000
x = 1.500000, y = 1.500000, z = 1.500000
x = 0.500000, y = 0.500000, z = 1.500000
x = 1.500000, y = 1.500000, z = 1.500000
x = 0.500000, y = 1.500000, z = 1.500000


x = 0.062500, y = 0.062500
x = 0.000000, y = 0.062500
x = 0.000000, y = 0.125000
x = 0.062500, y = 0.062500
x = 0.000000, y = 0.125000
x = 0.062500, y = 0.125000

后退

x = 0.500000, y = 0.500000, z = 0.500000
x = 1.500000, y = 1.500000, z = 0.500000
x = 1.500000, y = 0.500000, z = 0.500000
x = 0.500000, y = 0.500000, z = 0.500000
x = 0.500000, y = 1.500000, z = 0.500000
x = 1.500000, y = 1.500000, z = 0.500000


x = 0.000000, y = 0.062500
x = 0.062500, y = 0.125000
x = 0.062500, y = 0.062500
x = 0.000000, y = 0.062500
x = 0.000000, y = 0.125000
x = 0.062500, y = 0.125000

如果有人能弄清楚这一点，我将不胜感激。只是为了让我的心平静下来。我被称为杰克沙沙猎犬——无法放手。

我很想看看我缺少的简单的东西！如果你已经走了这么远，谢谢！

以下是我用来解决这个问题的一些参考资料。

http://www.opengl-tutorial.org/beginners-tutorials/tutorial-5-a-textured-cube/ https://gamedev.stackexchange.com/questions/152991/how-can-i-calculate-normals-使用-a-vertex-and-index-buffer https://gamedev.stackexchange.com/questions/172352/finding-texture-coordinates-for-plane https://gamedev.net/forums/topic/626790-uv- mapping-where-do-the-uv-coordinates-correspond-to-on-a-square-texture/4951976/ https://github.com/Hopson97/MineCraft-One-Week-Challenge/blob/master/Source/纹理/TextureAtlas.cpp https://en.wikipedia.org/wiki/UV_mapping https://gamedev.stackexchange.com/questions/25057/help-a-2d-image-onto-a-3d-cube OpenGL 4 -三角带立方体的 UV 坐标 https://conceptartempire.com/uv-mapping-unwrapping/ Dave Astle 的《开始 OpenGL 游戏编程》第 151 - 158 页（纹理映射）

标签： copenglverticesuv-mapping

c - 在 OpenGL 中计算立方体上的 UV 映射纹理图集

问题描述

解决方案

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