NeHe OpenGL第三十三课：TGA文件[通俗易懂]

大家好，又见面了，我是你们的朋友全栈君。

NeHe OpenGL第三十三课：TGA文件

加载压缩和未压缩的TGA文件:

在这一课里，你将学会如何加载压缩和为压缩的TGA文件，由于它使用RLE压缩，所以非常的简单，你能很快地熟悉它的。

我见过很多人在游戏开发论坛或其它地方询问关于TGA读取的问题。接下来的程序及注释将会向你展示如何读取未压缩的TGA文件和RLE压缩的文件。这个详细的教程适合于OpenGL，但是我计划改进它使其在将来更具普遍性。

我们将从两个头文件开始。第一个文件控制纹理结构，在第二个里，结构和变量将为程序读取所用。

就像每个头文件那样，我们需要一些包含保护措施以防止文件被重复包含。

在文件的顶部加入这样几行程序：

#ifndef __TEXTURE_H__ // 看看此头文件是否已经被包含
#define __TEXTURE_H__ // 如果没有，定义它

然后滚动到程序底部并添加：

#endif // __TEXTURE_H__ 结束包含保护

这三行程序防止此文件被重复包含。文件中剩下的代码将处于这头两行和这最后一行之间。

在这个头文件中，我们将要加入完成每件工作所需的标准头文件。在#define __TGA_H__后添加如下几行：

#pragma comment(lib, “OpenGL32.lib”)  // 链接 Opengl32.lib
#include <windows.h>   // 标准Windows头文件
#include <stdio.h>    // 标准文件I/O头文件
#include <gl\gl.h>    // 标准OpenGL头文件

第一个头文件是标准Windows头文件，第二个是为我们稍后的文件I/O所准备的，第三个是OpenGL32.lib所需的标准OpenGL头文件。

我们将需要一块空间存储图像数据以及OpenGL生成纹理所需的类型。我们将要用到以下结构：

typedef struct
{

  GLubyte* imageData;   // 控制整个图像的颜色值
  GLuint bpp;    // 控制单位像素的bit数
  GLuint width;    // 整个图像的宽度
  GLuint height;    // 整个图像的高度
  GLuint texID;    // 使用glBindTexture所需的纹理ID.
  GLuint type;    // 描述存储在*ImageData中的数据(GL_RGB Or GL_RGBA)
} Texture;

现在说说其它的，更长的头文件。同样我们需要一些包含保护措施，这和上述最后一个是一样的。

接下来，看看另外两个结构，它们将在处理TGA文件的过程中使用。

typedef struct
{

GLubyte Header[12]; // 文件头决定文件类型
} TGAHeader;

typedef struct
{

  GLubyte header[6];    // 控制前6个字节
  GLuint bytesPerPixel;   // 每像素的字节数 (3 或 4)
  GLuint imageSize;    // 控制存储图像所需的内存空间
  GLuint type;    // 图像类型 GL_RGB 或 GL_RGBA
  GLuint Height;    // 图像的高度
  GLuint Width;    // 图像宽度
  GLuint Bpp;    // 每像素的比特数 (24 或 32)
} TGA;

现在我们声明那两个结构的一些实例，那样我们可以在程序中使用它们。

TGAHeader tgaheader; // 用来存储我们的文件头
TGA tga; // 用来存储文件信息

我们需要定义一对文件头，那样我们能够告诉程序什么类型的文件头处于有效的图像上。如果是未压缩的TGA图像，前12字节将会是0 0 2 0 0 0 0 0 0 0 0 0，如果是RLE压缩的，则是0 0 10 0 0 0 0 0 0 0 0 0。这两个值允许我们检查正在读取的文件是否有效。

// 未压缩的TGA头
GLubyte uTGAcompare[12] = {0,0, 2,0,0,0,0,0,0,0,0,0};
// 压缩的TGA头
GLubyte cTGAcompare[12] = {0,0,10,0,0,0,0,0,0,0,0,0};

最后，我们声明两个函数用于读取过程。

// 读取一个未压缩的文件
bool LoadUncompressedTGA(Texture *, char *, FILE *);
// 读取一个压缩的文件
bool LoadCompressedTGA(Texture *, char *, FILE *);

现在，回到cpp文件，和程序中真正首当其冲部分，我将会省去一些错误消息处理代码并且使教程更短、更具可读性。你可以参看教程包含的文件（在文章的尾部有链接）。

马上，我们就可以在文件开头包含我们刚刚建立的头文件。

#include “tga.h” // 包含我们刚刚建立的头文件

不我们不需要包含其它任何文件了，因为我们已经在自己刚刚完成的头文件中包含他们了。

接下来，我们要做的事情是看看第一个函数，名为LoadTGA(…)。

// 读取一个TGA文件!
bool LoadTGA(Texture * texture, char * filename)
{

它有两个参数。前者是一个指向纹理结构的指针，你必须在你的代码中声明它（见包含的例子）。后者是一个字符串，它告诉计算机在哪里去找你的纹理文件。

函数的前两行声明了一个文件指针，然后打开由“filename”参数指定的文件，它由函数的第二个指针传递进去。

FILE * fTGA; // 声明文件指针
fTGA = fopen(filename, “rb”); // 以读模式打开文件

接下来的几行检查指定的文件是否已经正确地打开。

if(fTGA == NULL)    // 如果此处有错误
{

  …Error code…
  return false;    // 返回 False
}

下一步，我们尝试读取文件的首12个字节的内容并且将它们存储在我们的TGAHeader结构中，这样，我们得以检查文件类型。如果fread失败，则关闭文件，显示一个错误，并且函数返回false。

if(fread(&tgaheader, sizeof(TGAHeader), 1, fTGA) == 0)
{

…Error code here…
return false; // 如果失败则返回 False
}

接着，通过我们用辛苦编的程序刚读取的头，我们继续尝试确定文件类型。这可以告诉我们它是压缩的、未压缩甚至是错误的文件类型。为了达到这个目的，我们将会使用memcmp(…)函数。

// 如果文件头附合未压缩的文件头格式
if(memcmp(uTGAcompare, &tgaheader, sizeof(tgaheader)) == 0)
{

  // 读取未压缩的TGA文件
  LoadUncompressedTGA(texture, filename, fTGA);
}
// 如果文件头附合压缩的文件头格式
else if(memcmp(cTGAcompare, &tgaheader, sizeof(tgaheader)) == 0)
{

  // 读取压缩的TGA格式
  LoadCompressedTGA(texture, filename, fTGA);
}
else      // 如果任一个都不符合
{

  …Error code here…
  return false;    // 返回 False
}

我们将要开始读取一个未压缩格式文件的章节。

下面开始我们要做的第一件事，像往常一样，是函数头。

//读取未压缩的TGA文件
bool LoadUncompressedTGA(Texture * texture, char * filename, FILE * fTGA)
{

这个函数有3个参数。头两个和LoadTGA中的一样，仅仅是简单的传递。第三个是来自前一个函数中的文件指针，因此我们没有丢失我们的空间。

接下来我们试着再从文件中读取6个字节的内容，并且存储在tga.header中。如果他失败了，我们运行一些错误处理代码，并且返回false。

// 尝试继续读取6个字节的内容
if(fread(tga.header, sizeof(tga.header), 1, fTGA) == 0)
{

…Error code here…
return false; // 返回 False
}

现在我们有了计算图像的高度、宽度和BPP的全部信息。我们在纹理和本地结构中都将存储它。

texture->width = tga.header[1] * 256 + tga.header[0]; // 计算高度
texture->height = tga.header[3] * 256 + tga.header[2]; // 计算宽度
texture->bpp = tga.header[4];   // 计算BPP
tga.Width = texture->width;    // 拷贝Width到本地结构中去
tga.Height = texture->height;   // 拷贝Height到本地结构中去
tga.Bpp = texture->bpp;    // 拷贝Bpp到本地结构中去

现在，我们需要确认高度和宽度至少为1个像素，并且bpp是24或32。如果这些值中的任何一个超出了它们的界限，我们将再一次显示一个错误，关闭文件，并且离开此函数。

// 确认所有的信息都是有效的
if((texture->width <= 0) || (texture->height <= 0) || ((texture->bpp != 24) && (texture->bpp !=32)))
{

…Error code here…
return false; // 返回 False
}

接下来我们设置图像的类型。24 bit图像是GL_RGB，32 bit 图像是GL_RGBA

if(texture->bpp == 24)    // 是24 bit图像吗？
{

  texture->type = GL_RGB;   //如果是，设置类型为GL_RGB
}
else      // 如果不是24bit,则必是32bit
{

  texture->type = GL_RGBA;  //这样设置类型为GL_RGBA
}

现在我们计算每像素的字节数和总共的图像数据。

tga.bytesPerPixel = (tga.Bpp / 8); // 计算BPP
// 计算存储图像所需的内存
tga.imageSize = (tga.bytesPerPixel * tga.Width * tga.Height);

我们需要一些空间去存储整个图像数据，因此我们将要使用malloc分配正确的内存数量

然后我们确认内存已经分配，并且它不是NULL。如果出现了错误，则运行错误处理代码。

// 分配内存
texture->imageData = (GLubyte *)malloc(tga.imageSize);
if(texture->imageData == NULL)   // 确认已经分配成功
{

  …Error code here…
  return false;    // 确认已经分配成功
}

这里我们尝试读取所有的图像数据。如果不能，我们将再次触发错误处理代码。

// 尝试读取所有图像数据
if(fread(texture->imageData, 1, tga.imageSize, fTGA) != tga.imageSize)
{

…Error code here…
return false; // 如果不能，返回false
}

TGA文件用逆OpenGL需求顺序的方式存储图像，因此我们必须将格式从BGR到RGB。为了达到这一点，我们交换每个像素的第一个和第三个字节的内容。

Steve Thomas补充：我已经编写了能稍微更快速读取TGA文件的代码。它涉及到仅用3个二进制操作将BGR转换到RGB的方法。

然后我们关闭文件，并且成功退出函数。

// 开始循环
for(GLuint cswap = 0; cswap < (int)tga.imageSize; cswap += tga.bytesPerPixel)
{

  // 第一字节 XOR第三字节XOR 第一字节 XOR 第三字节
  texture->imageData[cswap] ^= texture->imageData[cswap+2] ^=
  texture->imageData[cswap] ^= texture->imageData[cswap+2];
}

fclose(fTGA); // 关闭文件
return true; // 返回成功
}

以上是读取未压缩型TGA文件的方法。读取RLE压缩型文件的步骤稍微难一点。我们像平时一样读取文件头并且收集高度／宽度／色彩深度，这和读取未压缩版本是一致的。

bool LoadCompressedTGA(Texture * texture, char * filename, FILE * fTGA)
{

  if(fread(tga.header, sizeof(tga.header), 1, fTGA) == 0)
  {

   …Error code here…
  }
  texture->width = tga.header[1] * 256 + tga.header[0];
  texture->height = tga.header[3] * 256 + tga.header[2];
  texture->bpp = tga.header[4];
  tga.Width = texture->width;
  tga.Height = texture->height;
  tga.Bpp = texture->bpp;
  if((texture->width <= 0) || (texture->height <= 0) || ((texture->bpp != 24) && (texture->bpp !=32)))
  {

   …Error code here…
  }        }
  tga.bytesPerPixel = (tga.Bpp / 8);
  tga.imageSize  = (tga.bytesPerPixel * tga.Width * tga.Height);

现在我们需要分配存储图像所需的空间，这是为我们解压缩之后准备的，我们将使用malloc。如果内存分配失败，运行错误处理代码，并且返回false。

// 分配存储图像所需的内存空间
texture->imageData = (GLubyte *)malloc(tga.imageSize);
if(texture->imageData == NULL)   // 如果不能分配内存
{

  …Error code here…
  return false;    // 返回 False
}

下一步我们需要决定组成图像的像素数。我们将它存储在变量“pixelcount”中。

我们也需要存储当前所处的像素，以及我们正在写入的图像数据的字节，这样避免溢出写入过多的旧数据。

我们将要分配足够的内存来存储一个像素。

GLuint pixelcount = tga.Height * tga.Width; // 图像中的像素数
GLuint currentpixel = 0; // 当前正在读取的像素
GLuint currentbyte = 0; // 当前正在向图像中写入的像素
// 一个像素的存储空间
GLubyte * colorbuffer = (GLubyte *)malloc(tga.bytesPerPixel);

接下来我们将要进行一个大循环。

让我们将它分解为更多可管理的块。

首先我们声明一个变量来存储“块”头。块头指示接下来的段是RLE还是RAW，它的长度是多少。如果一字节头小于等于127，则它是一个RAW头。头的值是颜色数，是负数，在我们处理其它头字节之前，我们先读取它并且拷贝到内存中。这样我们将我们得到的值加1，然后读取大量像素并且将它们拷贝到ImageData中，就像我们处理未压缩型图像一样。如果头大于127，那么它是下一个像素值随后将要重复的次数。要获取实际重复的数量，我们将它减去127以除去1bit的的头标示符。然后我们读取下一个像素并且依照上述次数连续拷贝它到内存中。

do      // 开始循环
{

GLubyte chunkheader = 0;    // 存储Id块值的变量
if(fread(&chunkheader, sizeof(GLubyte), 1, fTGA) == 0) // 尝试读取块的头
{

  …Error code…
  return false;    // If It Fails, Return False
}

接下来我们将要看看它是否是RAW头。如果是，我们需要将此变量的值加1以获取紧随头之后的像素总数。

if(chunkheader < 128) // 如果是RAW块
{

chunkheader++; // 变量值加1以获取RAW像素的总数

我们开启另一个循环读取所有的颜色信息。它将会循环块头中指定的次数，并且每次循环读取和存储一个像素。

首先，我们读取并检验像素数据。单个像素的数据将被存储在colorbuffer变量中。然后我们将检查它是否为RAW头。如果是，我们需要添加一个到变量之中以获取头之后的像素总数。

// 开始像素读取循环
for(short counter = 0; counter < chunkheader; counter++)
{

  // 尝试读取一个像素
  if(fread(colorbuffer, 1, tga.bytesPerPixel, fTGA) != tga.bytesPerPixel)
  {

   …Error code…
   return false;   // 如果失败，返回false
  }

我们循环中的下一步将要获取存储在colorbuffer中的颜色值并且将其写入稍后将要使用的imageData变量中。在这个过程中，数据格式将会由BGR翻转为RGB或由BGRA转换为RGBA，具体情况取决于每像素的比特数。当我们完成任务后我们增加当前的字节和当前的像素计数器。

texture->imageData[currentbyte] = colorbuffer[2];  // 写“R”字节
texture->imageData[currentbyte + 1 ] = colorbuffer[1]; //写“G”字节
texture->imageData[currentbyte + 2 ] = colorbuffer[0]; // 写“B”字节
if(tga.bytesPerPixel == 4)     // 如果是32位图像…
{

  texture->imageData[currentbyte + 3] = colorbuffer[3]; // 写“A”字节
}
// 依据每像素的字节数增加字节计数器
currentbyte += tga.bytesPerPixel;
currentpixel++;     // 像素计数器加1

下一段处理描述RLE段的“块”头。首先我们将chunkheader减去127来得到获取下一个颜色重复的次数。

else      // 如果是RLE头
{

  chunkheader -= 127;   // 减去127获得ID Bit的Rid

然后我们尝试读取下一个颜色值。

// 读取下一个像素
if(fread(colorbuffer, 1, tga.bytesPerPixel, fTGA) != tga.bytesPerPixel)
{

…Error code…
return false; // 如果失败，返回false
}

接下来，我们开始循环拷贝我们多次读到内存中的像素，这由RLE头中的值规定。

然后，我们将颜色值拷贝到图像数据中，预处理R和B的值交换。

随后，我们增加当前的字节数、当前像素，这样我们再次写入值时可以处在正确的位置。

// 开始循环
for(short counter = 0; counter < chunkheader; counter++)
{

  // 拷贝“R”字节
  texture->imageData[currentbyte] = colorbuffer[2];
  // 拷贝“G”字节
  texture->imageData[currentbyte + 1 ] = colorbuffer[1];
  // 拷贝“B”字节
  texture->imageData[currentbyte + 2 ] = colorbuffer[0];
  if(tga.bytesPerPixel == 4)  // 如果是32位图像
  {

   // 拷贝“A”字节
   texture->imageData[currentbyte + 3] = colorbuffer[3];
  }
  currentbyte += tga.bytesPerPixel; // 增加字节计数器
  currentpixel++;   // 增加字节计数器

只要仍剩有像素要读取，我们将会继续主循环。