【OpenGL】游戏编程常用TGA图像格式详解以及加载纹理编程实现

TGA格式图像是游戏中十分常见的一种图像格式，所以有必要了解其内部格式以及编程实现。

TGA图像一般有非压缩和压缩两种格式，下面分别进行介绍。

一、非压缩TGA图像

注：前面的标记绿色的部分（共12字节）表示对于所有的非压缩TGA格式图像值都是相同的！所以通常用来在读取数据时鉴别是否为TGA图像。

名称	偏移	长度	说明
图像信息字段长度	0	1	本字段是1字节无符号整型，指出图像信息字段（见本子表的后面）长度，其取值范围是0到255，当它为0时表示没有图像的信息字段。
颜色表类型	1	1	0表示没有颜色表，1表示颜色表存在。由于本格式是无颜色表的，因此此项通常被忽略。
图像类型码	2	1	该字段总为2，这也是此类型为格式2的原因。
颜色表规格字段	颜色表首址	3	2	颜色表首的入口索引，整型（低位-高位）	如果颜色表字段为0，则忽略该字段
颜色表的长度	5	2	颜色表的表项总数，整型（低位-高位）
颜色表项位数	7	1	位数（bit），16代表16位TGA，24代表24位TGA，32代表32位TGA
图像规格字段	图像X坐标起始位置	8	2	图像左下角X坐标的整型（低位-高位）值
图像Y坐标起始位置	10	2	图像左下角Y坐标的整型（低位-高位）值
图像宽度	12	2	以像素为单位，图像宽度的整型（低位-高位）
图像高度	14	2	以像素为单位，图像宽度的整型（低位-高位）
图像每像素存储占用位数	16	1	它的值为16，24或32等等。决定了该图像是TGA 16，TGA24,TGA 32等等。
图像描述符字节	17	1	bits 3-0 -每像素对应的属性位的位数； 对于TGA 16，该值为0或1，对于TGA24，该值为0，对于TGA 32，该值为8。 bit 4-保留，必须为0 bit 5-屏幕起始位置标志 0 =原点在左下角 1 =原点在左上角 对于truevision图像必须为0 bits 7-6 -交叉数据存储标志 00 =无交叉 01 =两路奇/偶交叉 10 =四路交叉 11 =保留（一般这个字节设为0x00即可）
图像信息字段	18	可变	包含一个自由格式的，长度是图像由“图像信息字段”指定。它常常被忽略（即偏移0处值为0），注意其最大可以含有255个字符。如果需要存储更多信息，可以放在图像数据之后。
颜色表数据	可变	可变	如果颜色表类型为0，则该域不存在，否则越过该域直接读取图像颜色表规格中描述了每项的字节数，为2，3，4之一。
图像数据	可变	可变	RGB颜色数据，存放顺序为：BGR(A)

下面的程序实现了绘制一个立方体，并进行纹理贴图。

需要注意的是：TGA图像中数据存放的顺序是BGR(A)，而在OpenGL中顺序是RGB(A)，所以在进行纹理生成的时候必须先进行格式的转化。

在OpenGL中只能加载24位或者32位的TGA图像生成纹理。

TGATexture.h定义了一些结构体以及函数声明：

#ifndef TGATEXTURE_H
#define TGATEXTURE_H

#include <GL/glut.h>
#include <iostream>

using namespace std;

//纹理结构体定义
typedef struct
{
	GLubyte *imageData;//图像数据
	GLuint bpp;//像素深度
	GLuint width;//图像宽度
	GLuint height;//图像高度
	GLuint texID;//对应的纹理ID
}TextureImage;

//加载TGA图像，生成纹理
bool LoadTGA(TextureImage *texture,char *fileName);

#endif

TGATexture.cpp则包含加载TGA图像生成纹理的函数具体实现：

#include "TGATexture.h"

//加载TGA图像（无压缩格式），生成纹理
bool LoadTGA(TextureImage *texture, char *filename)			// Loads A TGA File Into Memory
{    
	GLubyte		TGAheader[12]={0,0,2,0,0,0,0,0,0,0,0,0};	// Uncompressed TGA Header
	GLubyte		TGAcompare[12];								// Used To Compare TGA Header
	GLubyte		header[6];									// First 6 Useful Bytes From The Header
	GLuint		bytesPerPixel;								// Holds Number Of Bytes Per Pixel Used In The TGA File
	GLuint		imageSize;									// Used To Store The Image Size When Setting Aside Ram
	GLuint		temp;										// Temporary Variable
	GLuint		type=GL_RGBA;								// Set The Default GL Mode To RBGA (32 BPP)

	FILE *file = fopen(filename, "rb");						// Open The TGA File

	if(	file==NULL ||										// Does File Even Exist?
		fread(TGAcompare,1,sizeof(TGAcompare),file)!=sizeof(TGAcompare) ||	// Are There 12 Bytes To Read?
		memcmp(TGAheader,TGAcompare,sizeof(TGAheader))!=0				||	// Does The Header Match What We Want?
		fread(header,1,sizeof(header),file)!=sizeof(header))				// If So Read Next 6 Header Bytes
	{
		if (file == NULL)									// Did The File Even Exist? *Added Jim Strong*
			return false;									// Return False
		else
		{
			fclose(file);									// If Anything Failed, Close The File
			return false;									// Return False
		}
	}

	texture->width  = header[1] * 256 + header[0];			// Determine The TGA Width	(highbyte*256+lowbyte)
	texture->height = header[3] * 256 + header[2];			// Determine The TGA Height	(highbyte*256+lowbyte)

	//OpenGL中纹理只能使用24位或者32位的TGA图像
	if(	texture->width	<=0	||								// Is The Width Less Than Or Equal To Zero
		texture->height	<=0	||								// Is The Height Less Than Or Equal To Zero
		(header[4]!=24 && header[4]!=32))					// Is The TGA 24 or 32 Bit?
	{
		fclose(file);										// If Anything Failed, Close The File
		return false;										// Return False
	}

	texture->bpp	= header[4];							// Grab The TGA's Bits Per Pixel (24 or 32)
	bytesPerPixel	= texture->bpp/8;						// Divide By 8 To Get The Bytes Per Pixel
	imageSize		= texture->width*texture->height*bytesPerPixel;	// Calculate The Memory Required For The TGA Data

	texture->imageData=(GLubyte *)malloc(imageSize);		// Reserve Memory To Hold The TGA Data

	if(	texture->imageData==NULL ||							// Does The Storage Memory Exist?
		fread(texture->imageData, 1, imageSize, file)!=imageSize)	// Does The Image Size Match The Memory Reserved?
	{
		if(texture->imageData!=NULL)						// Was Image Data Loaded
			free(texture->imageData);						// If So, Release The Image Data

		fclose(file);										// Close The File
		return false;										// Return False
	}

	//RGB数据格式转换，便于在OpenGL中使用
	for(GLuint i=0; i<int(imageSize); i+=bytesPerPixel)		// Loop Through The Image Data
	{														// Swaps The 1st And 3rd Bytes ('R'ed and 'B'lue)
		temp=texture->imageData[i];							// Temporarily Store The Value At Image Data 'i'
		texture->imageData[i] = texture->imageData[i + 2];	// Set The 1st Byte To The Value Of The 3rd Byte
		texture->imageData[i + 2] = temp;					// Set The 3rd Byte To The Value In 'temp' (1st Byte Value)
	}

	fclose (file);											// Close The File

	// Build A Texture From The Data
	glGenTextures(1, &texture[0].texID);					// Generate OpenGL texture IDs

	glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, texture[0].texID);			// Bind Our Texture
	glTexParameterf(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_LINEAR);	// Linear Filtered
	glTexParameterf(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MAG_FILTER, GL_LINEAR);	// Linear Filtered

	if (texture[0].bpp==24)									// Was The TGA 24 Bits
	{
		type=GL_RGB;										// If So Set The 'type' To GL_RGB
	}

	glTexImage2D(GL_TEXTURE_2D, 0, type, texture[0].width, texture[0].height, 0, type, GL_UNSIGNED_BYTE, texture[0].imageData);

	return true;											// Texture Building Went Ok, Return True
}

main.cpp主程序：

#include "TGATexture.h"

TextureImage texture[1];

GLfloat xRot,yRot,zRot;//control cube's rotation

int init()
{
	if(!LoadTGA(&texture[0],"GSK1.tga"))
		return GL_FALSE;
	glEnable(GL_TEXTURE_2D);
	glShadeModel(GL_SMOOTH);
	glClearColor(0.0f,0.0f,0.0f,0.5f);
	glClearDepth(1.0f);
	glEnable(GL_DEPTH_TEST);
	glDepthFunc(GL_LEQUAL);
	glHint(GL_PERSPECTIVE_CORRECTION_HINT,GL_NICEST);
	return GL_TRUE;
}

void display()
{
	glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);
	glLoadIdentity();
	glTranslatef(0.0f,0.0f,-5.0f);
	glRotatef(xRot,1.0f,0.0f,0.0f);
	glRotatef(yRot,0.0f,1.0f,0.0f);
	glRotatef(zRot,0.0f,0.0f,1.0f);

	glBindTexture(GL_TEXTURE_2D,texture[0].texID);

	glBegin(GL_QUADS); 
	// Front Face 
	// Bottom Left Of The Texture and Quad 
	glTexCoord2f(0.0f, 0.0f); glVertex3f(-1.0f, -1.0f,  1.0f); 
	// Bottom Right Of The Texture and Quad 
	glTexCoord2f(1.0f, 0.0f); glVertex3f( 1.0f, -1.0f,  1.0f); 
	// Top Right Of The Texture and Quad 
	glTexCoord2f(1.0f, 1.0f); glVertex3f( 1.0f,  1.0f,  1.0f); 
	// Top Left Of The Texture and Quad 
	glTexCoord2f(0.0f, 1.0f); glVertex3f(-1.0f,  1.0f,  1.0f); 
	glEnd(); 

	glBindTexture(GL_TEXTURE_2D,texture[0].texID);
	glBegin(GL_QUADS); 
	// Back Face 
	// Bottom Right Of The Texture and Quad 
	glTexCoord2f(1.0f, 0.0f); glVertex3f(-1.0f, -1.0f, -1.0f); 
	// Top Right Of The Texture and Quad 
	glTexCoord2f(1.0f, 1.0f); glVertex3f(-1.0f,  1.0f, -1.0f); 
	// Top Left Of The Texture and Quad 
	glTexCoord2f(0.0f, 1.0f); glVertex3f( 1.0f,  1.0f, -1.0f); 
	// Bottom Left Of The Texture and Quad 
	glTexCoord2f(0.0f, 0.0f); glVertex3f( 1.0f, -1.0f, -1.0f); 
	glEnd(); 

	glBindTexture(GL_TEXTURE_2D,texture[0].texID);
	glBegin(GL_QUADS); 
	// Top Face 
	// Top Left Of The Texture and Quad 
	glTexCoord2f(0.0f, 1.0f); glVertex3f(-1.0f,  1.0f, -1.0f); 
	// Bottom Left Of The Texture and Quad 
	glTexCoord2f(0.0f, 0.0f); glVertex3f(-1.0f,  1.0f,  1.0f); 
	// Bottom Right Of The Texture and Quad 
	glTexCoord2f(1.0f, 0.0f); glVertex3f( 1.0f,  1.0f,  1.0f); 
	// Top Right Of The Texture and Quad 
	glTexCoord2f(1.0f, 1.0f); glVertex3f( 1.0f,  1.0f, -1.0f); 
	glEnd(); 

	glBindTexture(GL_TEXTURE_2D,texture[0].texID);
	glBegin(GL_QUADS); 
	// Bottom Face 
	// Top Right Of The Texture and Quad 
	glTexCoord2f(1.0f, 1.0f); glVertex3f(-1.0f, -1.0f, -1.0f); 
	// Top Left Of The Texture and Quad 
	glTexCoord2f(0.0f, 1.0f); glVertex3f( 1.0f, -1.0f, -1.0f); 
	// Bottom Left Of The Texture and Quad 
	glTexCoord2f(0.0f, 0.0f); glVertex3f( 1.0f, -1.0f,  1.0f); 
	// Bottom Right Of The Texture and Quad 
	glTexCoord2f(1.0f, 0.0f); glVertex3f(-1.0f, -1.0f,  1.0f); 
	glEnd(); 

	glBindTexture(GL_TEXTURE_2D,texture[0].texID);
	glBegin(GL_QUADS); 
	// Right face 
	// Bottom Right Of The Texture and Quad 
	glTexCoord2f(1.0f, 0.0f); glVertex3f( 1.0f, -1.0f, -1.0f); 
	// Top Right Of The Texture and Quad 
	glTexCoord2f(1.0f, 1.0f); glVertex3f( 1.0f,  1.0f, -1.0f); 
	// Top Left Of The Texture and Quad 
	glTexCoord2f(0.0f, 1.0f); glVertex3f( 1.0f,  1.0f,  1.0f); 
	// Bottom Left Of The Texture and Quad 
	glTexCoord2f(0.0f, 0.0f); glVertex3f( 1.0f, -1.0f,  1.0f); 
	glEnd(); 

	glBindTexture(GL_TEXTURE_2D,texture[0].texID);
	glBegin(GL_QUADS); 
	// Left Face 
	// Bottom Left Of The Texture and Quad 
	glTexCoord2f(0.0f, 0.0f); glVertex3f(-1.0f, -1.0f, -1.0f); 
	// Bottom Right Of The Texture and Quad 
	glTexCoord2f(1.0f, 0.0f); glVertex3f(-1.0f, -1.0f,  1.0f); 
	// Top Right Of The Texture and Quad 
	glTexCoord2f(1.0f, 1.0f); glVertex3f(-1.0f,  1.0f,  1.0f); 
	// Top Left Of The Texture and Quad 
	glTexCoord2f(0.0f, 1.0f); glVertex3f(-1.0f,  1.0f, -1.0f); 
	glEnd(); 

	glutSwapBuffers();
}

void reshape(int w,int h)
{
	if (0 == h)
		h = 1;
	
	glViewport(0,0,(GLsizei)w,(GLsizei)h);
	glMatrixMode(GL_PROJECTION);
	glLoadIdentity();
	gluPerspective(60.0f,(GLfloat)w / (GLfloat)h,1,100);
	glMatrixMode(GL_MODELVIEW);
	glLoadIdentity();
}

void keyboard(unsigned char key,int x,int y)
{
	switch(key){
		case 'x':
			xRot += 1.0f;
			glutPostRedisplay();
			break;
		case 'y':
			yRot += 1.0f;
			glutPostRedisplay();
			break;
		case 'z':
			zRot += 1.0f;
			glutPostRedisplay();
			break;
		default:
			break;
	}
}

int main(int argc,char** argv)
{
	glutInit(&argc,argv);
	glutInitDisplayMode(GLUT_DOUBLE | GLUT_RGB);
	glutInitWindowSize(400,400);
	glutInitWindowPosition(100,100);
	glutCreateWindow("Texture Map");
	init();
	glutDisplayFunc(display);
	glutReshapeFunc(reshape);
	glutKeyboardFunc(keyboard);
	glutMainLoop();
	return 0;
}

运行结果：

二、压缩TGA图像

其格式如下表：

名称	偏移	长度	说明
图像信息字段长度	0	1	本字段是1字节无符号整型，指出图像信息字段（见本子表的后面）长度，其取值范围是0到255，当它为0时表示没有图像的信息字段。
颜色表类型	1	1	0表示没有颜色表，1表示颜色表存在。由于本格式是无颜色表的，因此此项通常被忽略。
图像类型码	2	1	该字段总为10，这也是此类型为格式10的原因。
颜色表规格字段	颜色表首址	3	2	颜色表首的入口索引，整型（低位-高位）	如果颜色表字段为0，则忽略该字段
颜色表的长度	5	2	颜色表的表项总数，整型（低位-高位）
颜色表项位数	7	1	位数（bit），16代表16位TGA，24代表24位TGA，32代表32位TGA
图像规格字段	图像X坐标起始位置	8	2	图像左下角X坐标的整型（低位-高位）值
图像Y坐标起始位置	10	2	图像左下角Y坐标的整型（低位-高位）值
图像宽度	12	2	以像素为单位，图像宽度的整型（低位-高位）
图像高度	14	2	以像素为单位，图像宽度的整型（低位-高位）
图像每像素存储占用位数	16	1	它的值为16，24或32等等。决定了该图像是TGA 16，TGA24,TGA 32等等。
图像描述符字节	17	1	bits 3-0 -每像素对应的属性位的位数； 对于TGA 16，该值为0或1，对于TGA24，该值为0，对于TGA 32，该值为8。 bit 4-保留，必须为0 bit 5-屏幕起始位置标志 0 =原点在左下角 1 =原点在左上角 对于truevision图像必须为0 bits 7-6 -交叉数据存储标志 00 =无交叉 01 =两路奇/偶交叉 10 =四路交叉 11 =保留
图像信息字段	18	可变	包含一个自由格式的，长度是图像由“图像信息字段”指定。它常常被忽略（即偏移0处值为0），注意其最大可以含有255个字符。如果需要存储更多信息，可以放在图像数据之后。
颜色表数据	可变	可变	如果颜色表类型为0，则该域不存在，否则越过该域直接读取图像颜色表规格中描述了每项的字节数，为2，3，4之一。
图像数据	可变	可变	采用RLE压缩后的RGB颜色数据。

Tga的压缩算法采用了RLE算法，RLE算法的基本思想是将数据分为两大类：

A：连续的不重复字节

B：连续的重复字节

RLE算法应用于RGB格式的图片压缩中，则把数据分为：

A：连续的不重复像素颜色值

B：连续的重复像素颜色值

然后将数据按这两类数据分成若干长度不相等数据块，每个数据块的开始都是一个1个字节长度的header（RLE在纯数据压缩中header位2个字节16位），后面紧跟着data数据块，如下。

Header（1个字节）

Data（变长）

每个header的第一位作为标记：0表示A类颜色数据，1表示B类颜色数据。剩下的7位意义如下：

对于A类数据：表示data有多少个像素的RGB颜色值。取值0-127，0表示1个像素，所以最多为128个像素，data块则为这些不重复的像素RGB颜色值。

对于B类数据：表示有多少个像素具有相同的RGB颜色值。取值0-127，0表示1个像素，所以最多为128个像素，data仅包含一个像素的颜色值，即为重复的那个颜色值。

读取其像素数据部分需要注意一下，需要分情况讨论看是A类数据还是B类数据：

if(m_pImageData) delete []m_pImageData;
m_pImageData = new unsigned char[m_iImageDataSize];

 
int iBytePerPixel = m_iBitsPerPixel/8;
int iPixelCnt = m_iImageWidth * m_iImageHeight;
int iCurPixel = 0;
unsigned char ucColorBuffer[4] = {'/0'};

 
do{
            BYTE chunkheader = 0;
            is.read((char*)&chunkheader, sizeof(BYTE));

 
            //run length data
            if(chunkheader & 0x80)//B类数据
            {
                        int iCnt = (chunkheader & 0x7f) + 1;//计算连续的颜色值重复的像素数。注意：最高位的1是标记位，所以要特殊处理
                        is.read((char*)ucColorBuffer, iBytePerPixel);
                       
                        for(int i = 0; i < iCnt; i++)
                        {
                                    m_pImageData[iCurPixel*iBytePerPixel + 0] = ucColorBuffer[0];
                                    m_pImageData[iCurPixel*iBytePerPixel + 1] = ucColorBuffer[1];
                                    m_pImageData[iCurPixel*iBytePerPixel + 2] = ucColorBuffer[2];
                                    if(m_iBitsPerPixel == 32)
                                    {
                                                m_pImageData[iCurPixel*iBytePerPixel + 3] = ucColorBuffer[3];
                                    }

 
                                    iCurPixel++;

 
                                    if(iCurPixel > iPixelCnt)
                                                return false;
                        }
            }
            //no processed data
            else//A类数据
            {
                        int iCnt = chunkheader + 1;//颜色值不重复的像素数量，注意要加一
                        for(int i = 0; i < iCnt; i++)
                        {                                             
                                    is.read((char*)ucColorBuffer, iBytePerPixel);

 
                                    m_pImageData[iCurPixel*iBytePerPixel + 0] = ucColorBuffer[0];
                                    m_pImageData[iCurPixel*iBytePerPixel + 1] = ucColorBuffer[1];
                                    m_pImageData[iCurPixel*iBytePerPixel + 2] = ucColorBuffer[2];
                                    if(m_iBitsPerPixel == 32)
                                    {
                                                m_pImageData[iCurPixel*iBytePerPixel + 3] = ucColorBuffer[3];
                                    }

 
                                    iCurPixel++;
                                               
                                    if(iCurPixel > iPixelCnt)
                                                return false;
                        }
            }

 
}while(iCurPixel < iPixelCnt);