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Horse3D游戏引擎研发笔记（九）：使用现代图形引擎的元数据管理纹理创建过程（类Unity、Unreal Engine与Godot）

news 2025/9/10 4:02:48

引言

在现代三维游戏引擎中，纹理管理是渲染管线中的关键环节之一。纹理为模型表面提供了丰富的细节和视觉效果，而高效的纹理管理则直接影响着引擎的性能和渲染质量。在Horse3D引擎的开发过程中，我们致力于打造一个灵活且高效的纹理管理系统，以支持复杂的三维场景渲染。

本篇博客将详细介绍Horse3D引擎中纹理的元数据管理机制，以及纹理从创建到渲染的完整流程。通过元数据管理，我们可以实现纹理属性的灵活配置，而无需修改引擎的核心代码。同时，结合OpenGL的底层操作，我们能够实现高质量的纹理渲染效果。

纹理元数据管理

在Horse3D引擎中，纹理的元数据是通过JSON文件进行描述的。每个纹理文件都包含了以下关键信息：

{"Type": "Target2D","Src": "Materials/Test/horse.png","WrapMode": "Repeat","MinificationFilter": "Nearest","MagnificationFilter": "Nearest"
}
  • Type：指定纹理的目标类型。当前支持Target2D纹理类型。
  • Src：指定纹理的源文件路径。
  • WrapMode：指定纹理的环绕模式，支持Repeat、MirroredRepeat、ClampToEdge和ClampToBorder。
  • MinificationFilter：指定缩小过滤模式，支持Nearest、Linear、NearestMipMapNearest、NearestMipMapLinear、LinearMipMapNearest和LinearMipMapLinear。
  • MagnificationFilter：指定放大过滤模式，支持Nearest和Linear。

通过这种元数据管理方式，我们可以灵活地配置纹理的属性，而无需修改引擎的核心代码。同时，元数据的使用也为未来的扩展提供了便利。

纹理创建过程

在Horse3D引擎中，纹理的创建过程可以分为以下几个主要步骤：

1. 读取元数据文件

我们使用QHutu工具来读取纹理的元数据文件：

QString text = QHutu::readTextFile(QHutu::applicationDirPath(filepath));

2. 解析元数据

将读取到的文本解析为JSON对象：

QJsonDocument document = QJsonDocument::fromJson(text.toLocal8Bit());
QJsonObject rootObject = document.object();

3. 创建QOpenGLTexture对象

根据元数据中的Type属性，创建相应的QOpenGLTexture对象：

QOpenGLTexture* texture = createQOpenGLTexture(rootObject.value("Type").toString());

createQOpenGLTexture函数的实现如下：

QOpenGLTexture* createQOpenGLTexture(const QString& target)
{static std::map<QString, QOpenGLTexture::Target> targetMap = {{ "Target2D", QOpenGLTexture::Target2D }};QOpenGLTexture::Target textureTarget = QOpenGLTexture::Target2D;if (targetMap.find(target) != targetMap.cend()) {textureTarget = targetMap.at(target);}return new QOpenGLTexture(textureTarget);
}

4. 加载纹理数据

从元数据中的Src属性指定的路径加载纹理图像，并将其设置到QOpenGLTexture对象中：

texture->setData(QImage(QHutu::applicationDirPath(srcValue.toString())).mirrored());

5. 设置纹理参数

根据元数据中的WrapMode、MinificationFilter和MagnificationFilter属性，设置QOpenGLTexture对象的相关参数：

if (rootObject.contains("WrapMode")) {texture = setWrapMode(texture, rootObject.value("WrapMode").toString());
}
texture = setFilter(texture, rootObject);

setWrapMode函数的实现如下：

QOpenGLTexture* setWrapMode(QOpenGLTexture* texture, const QString& wrapMode)
{static std::map<QString, QOpenGLTexture::WrapMode> wrapModeMap = {{ "Repeat", QOpenGLTexture::Repeat },{ "MirroredRepeat", QOpenGLTexture::MirroredRepeat },{ "ClampToEdge", QOpenGLTexture::ClampToEdge },{ "ClampToBorder", QOpenGLTexture::ClampToBorder }};if (wrapModeMap.find(wrapMode) != wrapModeMap.cend()) {texture->setWrapMode(wrapModeMap.at(wrapMode));}return texture;
}

setFilter函数的实现如下：

QOpenGLTexture* setFilter(QOpenGLTexture* texture, const QJsonObject& rootObject)
{static std::map<QString, QOpenGLTexture::Filter> filterMap = {{ "Nearest", QOpenGLTexture::Nearest },{ "Linear", QOpenGLTexture::Linear },{ "NearestMipMapNearest", QOpenGLTexture::NearestMipMapNearest },{ "NearestMipMapLinear", QOpenGLTexture::NearestMipMapLinear },{ "LinearMipMapNearest", QOpenGLTexture::LinearMipMapNearest },{ "LinearMipMapLinear", QOpenGLTexture::LinearMipMapLinear }};if (rootObject.contains("MagnificationFilter")) {QString magnificationFilter = rootObject.value("MagnificationFilter").toString();if (filterMap.find(magnificationFilter) != filterMap.cend()) {texture->setMagnificationFilter(filterMap.at(magnificationFilter));}}if (rootObject.contains("MinificationFilter")) {QString minificationFilter = rootObject.value("MinificationFilter").toString();if (filterMap.find(minificationFilter) != filterMap.cend()) {texture->setMinificationFilter(filterMap.at(minificationFilter));}}return texture;
}

6. 返回纹理对象

将配置好的QOpenGLTexture对象包装到FileTexture对象中，并返回给调用者：

FileTexture* fileTexture = new FileTexture();
fileTexture->setQOpenGLTexture(texture);
return fileTexture;

效果展示

通过上述实现，我们可以成功地创建并加载纹理。以下是引擎渲染的结果：
在这里插入图片描述

在图中，我们可以看到纹理被正确地应用到模型表面，并且纹理的环绕模式和过滤模式也按照元数据中的配置进行了设置。

总结与展望

通过本篇博客，我们详细讲解了Horse3D引擎中纹理的元数据管理以及纹理创建的整个过程。通过元数据管理，我们可以灵活地配置纹理的属性，而无需修改引擎的核心代码。同时，通过OpenGL的纹理操作，我们可以实现高质量的纹理渲染效果。

未来，我们计划在以下方面对引擎进行改进：

  1. 支持更多纹理类型：除了当前支持的Target2D纹理类型外，我们计划支持TargetCubeMap等其他纹理类型。
  2. 优化纹理加载性能：通过引入纹理压缩和异步加载等技术，进一步优化纹理的加载性能。
  3. 增加纹理调试工具：为开发者提供更多的纹理调试工具，以便快速定位和解决问题。

通过不断的改进和优化，我们希望Horse3D引擎能够成为一个功能强大、易于使用的三维渲染引擎。

项目介绍

Horse3D引擎的渲染内核基于Qt与OpenGL开发，是一款三维引擎。本项目将不提供编辑器，以SDK的形式对外提供接口。本项目将参考Three.js与Unity等众多渲染引擎的API设计，致力于开发出一款具有竞争力的渲染引擎内核。

项目地址：

  • Gitee
  • GitHub

参考文献

  1. 深入理解QtOpenGL纹理
    链接：https://blog.csdn.net/2503_92624912/article/details/151143352

  2. 深入理解OpenGL纹理
    链接：https://blog.csdn.net/2503_92624912/article/details/151084203

  3. Unity、Unreal Engine与Godot中纹理元数据管理的比较分析
    链接：https://blog.csdn.net/2503_92624912/article/details/150989703

  4. 深入理解纹理与QtOpenGL的实现
    链接：https://blog.csdn.net/2503_92624912/article/details/150656264

  5. 深入理解Unity中的.meta文件：以纹理文件为例
    链接：https://blog.csdn.net/2503_92624912/article/details/150611353

  6. Horse3D游戏引擎研发笔记（一）：从使用Qt的OpenGL库绘制三角形开始
    链接：https://blog.csdn.net/2503_92624912/article/details/150006641

  7. Horse3D游戏引擎研发笔记（二）：基于QtOpenGL使用仿Three.js的BufferAttribute结构重构三角形绘制
    链接：https://blog.csdn.net/2503_92624912/article/details/150063706

  8. Horse3D游戏引擎研发笔记（三）：使用QtOpenGL的Shader编程绘制彩色三角形
    链接：https://blog.csdn.net/2503_92624912/article/details/150114327

  9. Horse3D游戏引擎研发笔记（四）：在QtOpenGL下仿three.js，封装EBO绘制四边形
    链接：https://blog.csdn.net/2503_92624912/article/details/150235885

  10. Horse3D游戏引擎研发笔记（五）：在QtOpenGL环境下，仿three.js的BufferGeometry管理VAO和EBO绘制四边形
    链接：https://blog.csdn.net/2503_92624912/article/details/150400945

  11. Horse3D游戏引擎研发笔记（六）：在QtOpenGL环境下，仿Unity的材质管理Shader绘制四边形
    链接：https://blog.csdn.net/2503_92624912/article/details/150451239

  12. Horse3D游戏引擎研发笔记（七）：在QtOpenGL环境下，使用改进的Uniform变量管理方式绘制多彩四边形
    链接：https://blog.csdn.net/2503_92624912/article/details/150563946

  13. Horse3D游戏引擎研发笔记（八）：在QtOpenGL环境下，按需加载彩虹四边形的顶点属性
    链接：https://blog.csdn.net/2503_92624912/article/details/150774956

感谢大家的阅读，如果对Horse3D引擎感兴趣，欢迎访问我们的项目仓库或参与讨论！


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