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紋理映射意思就是把圖片(或者說紋理)映射到3D模型的一個或多個面上。紋理可以是任何圖片，使用紋理映射可以增加3D物體的真實感，我們常見的紋理有磚，植物葉子等等。
下圖中是使用紋理映射和沒有使用紋理映射四面體的比較。
要使用紋理映射，我們必須做以下三件事情：在OpenGL中裝入紋理，為頂點提供紋理坐標(為了把紋理映射到頂點)，用紋理坐標在紋理上執行一個采樣操作，得到一個像素顏色。
三維空間中的物體經過縮放，旋轉，平移，最終投影到屏幕上，依賴於攝像機位置和方位的不同，最終呈現的形式可能千差萬別，但根據紋理坐標，GPU會保證最終的紋理映射結果是正確的。在光柵化階段，GPU也會插值紋理坐標，這樣，每個片元都有一個對應紋理坐標。在片元shader中，片元(或像素)會根據紋理坐標，采樣得到最終的紋理單元顏色，並把這些顏色和當點片元的顏色或者根據光照計算的顏色混合，從而輸出像素的最終顏色。下面的教程中，我們將看到，紋理單元能夠包含不同的數據，實現很多特效。
OpenGL支持 1D, 2D, 3D, cube等等多種紋理，這些紋理在不同的技術中使用。我們首先來學習2D紋理，2D紋理通常來說就是一塊有高度和寬度的surface(表面)，寬度乘以高度的結果就是紋理單元的數目。那么如何指定頂點的紋理坐標呢？其實頂點的紋理坐標並不是頂點在紋理surface上的坐標，否則的話，那受限制就太大了，因為我們的三維物體表面是變化的，有的大，有的小，這樣的話，意味着我們要不斷更新紋理坐標，這顯然很難做到。因此，存在紋理坐標空間，每維的紋理坐標范圍都是[0,1],所以紋理坐標通常都是[0,1]之間的一個浮點數，我們用紋理坐標乘以紋理的高度或寬度，就可以得到頂點在紋理上對應的紋理單元位置，例如:如果紋理位置是 [0.5,0.1]，紋理寬度是320，紋理高度是200，那個對應紋理單元位置就是 (160,20) (0.5 * 320 = 160 和 0.1 * 200 = 20)。
通常紋理空間又叫UV空間，U對應2維笛卡爾坐標的x軸，V對應y軸，OpenGL中，U軸方向從左到右，V軸方向從下到上，如下圖所示，可以看到(0,0)位置在左下角，向上V增加，向右U增加：
下圖中的三角形被指定紋理坐標：
當三角形做了各種變化后，它的紋理坐標保持不變，假設三角形光柵化前，它的位置如下。
紋理坐標是三角形頂點的屬性，無論三角形怎么變化，對於頂點來說，紋理坐標相對位置都不變，當然也可以在頂點shader中，動態改變紋理坐標，這個主要用於實現一些特殊的效果，比如水面效果等等。在本教程中，我們將保持紋理坐標不變。
另一個和紋理映射相關的概念是“濾波”，前面我們討論了通過一個紋理坐標，得到相應的紋理單元，由於紋理坐標是[0,1]之間的浮點數，它乘以紋理高度寬度，可能得到一個浮點的映射坐標，比如我們把紋理坐標映射到紋理單元 (152.34,745.14)，此時怎么得到紋理單元呢？最簡單的方法，我們可以四舍五入，得到 (152,745)，這種方法，可以工作，但是在一些情況下，效果並不是很好，一個更佳的方案是：得到一個2×2的quad紋理單元， ( (152,745), (153,745), (152,744) 和(153,744) )，然后在這些紋理單元顏色之間進行線性插值操作，線性插值和該紋理單元到(152.34,745.14)的距離有關，越接近這個坐標，影響就越大，越遠，影響越小，這個效果要比四射五入直接選取紋理單元要好。
決定最終哪一個紋理單元被選擇的方法就稱作“濾波”，最簡單的方法就是前面說的四舍五入方法，這種濾波方式又叫nearst濾波 (nearest filtering)，這是一種點采樣的濾波方式，前面說的基於線性插值的濾波稱作線性濾波 。OpenGL提供多種采樣方式，你可以選擇其中任意一種，通常，更好的濾波效果需要更高的GPU運算能力，這有可能影響幀率。選擇更好的效果和更流暢的畫面是個balance問題。
下面我們看看OpenGL中如何實現紋理映射：在OpenGL中使用紋理，我們首先要學習四個概念：紋理對象，紋理單元，采樣對象以及shader中的采樣uniform變量。
紋理對象本身包括紋理需要的數據，比如圖像數據。根據存儲的數據格式(RGB,RGBA等等)，紋理可分為1維紋理，2維紋理，3維紋理等等，OpenGL提供了一種方便的函數，只要指定數據的起始地址，以及數據格式屬性，就可以很方便的把數據裝入GPU，紋理通常就是通過這種方法裝入video memory，在裝入紋理時候，可以指定多個參數，比如濾波方式等等。類似頂點緩沖數據，我們也可以把紋理和句柄關聯起來。當創建句柄，裝入紋理后，我們能夠實時切換紋理，和不同的OpenGL句柄進行綁定，而不需要再次裝入數據，此時，OpenGL的driver會保證，渲染前，紋理數據被裝入video memory。
紋理對象並不直接和shader(紋理采樣實際上在shader中實施)打交道，而是通過一個紋理單元(texture unit)，該紋理單元的索引被傳遞到shader中。這樣，shader就能通過該紋理單元訪問紋理對象。通常我們可以使用多個紋理單元(數目和具體gpu有關)， 為了把一個紋理對象A綁定到紋理單元0，我們首先要激活紋理單元0，然后才能綁定到紋理對象A，此時，如果要使用第二個紋理對象，可以激活紋理單元1，然后綁定到相應的紋理對象。
實際的情況可能有點復雜，一個紋理單元其實可以同時綁定多個紋理對象，只要這些紋理對象的類型不同，這類型是紋理對象的target，比如1D,2D等等，綁定紋理對象和紋理單元時，我們必須指定target，例如：我們可以把targe維1D紋理對象A和target維2D的紋理對象B同時綁定到同一個紋理單元。
采樣操作通常在片元shader中實施，具體操作是通過一個采樣函數，采樣函數需要知道采樣的紋理單元，因為shader中可能有多個紋理單元。具體是通過一組紋理uniform變量來區分不同的紋理單元，這些uniform變量和紋理單元是一一對應關系，當你對某個uniform變量進行采樣操作時，該變量對應的紋理對象被使用。
最后再來看一下采樣對象，注意不要把它和采樣uniform變量混淆。紋理對象包含圖像數據，也包括配置采樣操作的參數等等，這些參數是采樣狀態的一部分，我們也可以創建一個采樣對象，配置它的參數，並把它綁定到紋理單元，這將會重載紋理對象中定義的采樣狀態，本文中，我們並沒有實施采樣對象。
下圖總結了我們前面學習的一些概念：
主要代碼：
OpenGL能夠裝入內存中的紋理數據，但並沒有提供一個方法，把圖像文件，比如PNG，JPG等，裝入到內存中，我們使用一個開源的圖像處理庫 ImageMagick, 該庫支持多種格式的圖像處理。在程序代碼中，直接包含了該庫的源代碼。
大部分的紋理操作被包裝在texture類中：
texture.h
class Texture
{
public:
Texture(GLenum TextureTarget, const std::string& FileName);
bool Load();
void Bind(GLenum TextureUnit);
};
創建一個紋理對象時候，我們需要指定target(我們用GL_TEXTURE_2D)，以及圖像文件名字，之后，我們可以調用Load函數，來裝入紋理數據。如果需要把紋理對象綁定到特殊的紋理單元，我們可以用Bind函數。
texture.cpp
try {
m_pImage = new Magick::Image(m_fileName);
m_pImage->write(&m_blob, "RGBA");
}
catch (Magick::Error& Error) {
std::cout << "Error loading texture '" << m_fileName << "': " << Error.what() << std::endl;
return false;
}
用上面的代碼，我們把圖像文件裝入內存(此時在system memory中)，並准備裝入OpenGL。我們使用了Magic::Image實例，並提供圖像文件名字，使用該函數后，將把紋理圖像數據裝入m_pImage對象內部，OpenGL不能直接訪問，所以我們接着做一個write操作，把紋理數據寫到m_blob變量表示的內存中，我們使用的圖像格式是RGBA。BLOB (Binary Large Object)是一個二進制文件塊，常用來存儲圖像塊，以便其它程序使用。
glGenTextures(1, &m_textureObj);
上面這個OpenGL函數和 glGenBuffers()很相似，第一個參數是個數字，指定要創建的紋理對象數量，第二個參數是紋理對象數組。在本教程中，我們使用一個紋理對象。
glBindTexture(m_textureTarget, m_textureObj);
通過glBindTexture()函數，我們綁定一個紋理對象，這樣下面所有對紋理的操作都是基於該對象，如果我們要操作別的紋理對象，需要重新使用glBindTexture()函數綁定別的紋理對象。glBindTexture()函數中第二個參數是紋理對象句柄，第一個參數是紋理target，它的值可能是 GL_TEXTURE_1D, GL_TEXTURE_2D等等。不同的紋理對象同時只能綁定一個target，在本教程中，target在紋理類構造函數中實施，我們使用的是GL_TEXTURE_2D 。
glTexImage2D(m_textureTarget, 0, GL_RGBA, m_pImage->columns(), m_pImage->rows(), 0, GL_RGBA, GL_UNSIGNED_BYTE, m_blob.data());
glTexImage2D函數用來裝入紋理對象的數據，也就是把system memory中的數據(m_blob)和紋理對象關聯起來，可能在該函數調用時候就拷貝到video memory，也可能是延時拷貝，這個是由driver控制的。 glTexImage* 函數有幾個版本，每個版本都對應一個紋理target。該函數的第一個參數是紋理target，第二個參數是LOD(層次細節)，一個紋理對象可能包含多個分辨率的相同圖像，這些圖像稱作mipmap層，每個mipmap層數都有一個LOD索引，范圍從0到最高分辨率。本教程程序中，只有一個mipmap層，所以該值為0 。
第三個參數是紋理對象的格式，你可以指定為4通道的顏色RGBA,或者僅指定紅色通道GL_RED，本教程程序中，我們使用GL_RGBA ，接下來的2個參數是紋理的高度和寬度，通過 ImageMagick的內部函數rows和colomns，我們可以很方便的得到這兩個值。第5個參數是紋理的邊選項，本程序中我們設置為0。
最后的三個參數指定源紋理數據的格式，類型以及數據內存地址。格式指定顏色channel的格式，這必須和m_blob中的data相匹配，類型描述每個顏色channel的格式，本程序中為無符號8位數字GL_UNSIGNED_BYTE，最后一個參數是紋理數據內存地址。
glTexParameterf(m_textureTarget, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_LINEAR);
glTexParameterf(m_textureTarget, GL_TEXTURE_MAG_FILTER, GL_LINEAR);
上面兩個函數指定紋理采樣的方式，紋理采樣方式是紋理狀態的一部分。對於magnification 和 minification ( http://www.cnblogs.com/mikewolf2002/archive/2012/04/07/2436063.html ， 關於這兩個概念請參考這個鏈接 )，我們都指定線性濾波.
(texture.cpp)
void Texture::Bind(GLenum TextureUnit)
{
glActiveTexture(TextureUnit);
glBindTexture(m_textureTarget, m_textureObj);
}
在3D程序中，可能有多個draw，每個draw提交前，可能需要綁定不同的紋理，以便在shader中使用，上面的Bind函數就是使我們方便的切換不同的紋理，它的參數是一個紋理單元。
layout (location = 0) in vec3 Position;
layout (location = 1) in vec2 TexCoord;
uniform mat4 gWVP;
out vec2 TexCoord0;
void main()
{
gl_Position = gWVP * vec4(Position, 1.0);
TexCoord0 = TexCoord;
};
這是更新后的頂點shader，這兒有一個輸入參數紋理坐標，是一個2D向量，在頂點shader中我們並沒有對紋理坐標進行任何變化，而是直接輸出，但在片元shader前的光柵化階段，會對紋理坐標進行插值操作。
in vec2 TexCoord0;
out vec4 FragColor;
uniform sampler2D gSampler;
void main()
{
FragColor = texture2D(gSampler, TexCoord0.st);
};
上面是更新后的片元shader，其中有一個輸入變量TexCoord0，它包含了插值后的紋理坐標，還有一個uniform變量gSampler，它是sampler2D類型，應用程序必須設置紋理單元值以便和這個uniform變量連接起來，這樣shader才能訪問紋理，返回值就是采樣的紋理單元顏色。后面的光照的教程中，都是根據光照因子乘以這個采樣顏色，從而得到最終的像素顏色。
Vertex Vertices[4] = {
Vertex(Vector3f(-1.0f, -1.0f, 0.5773f), Vector2f(0.0f, 0.0f)),
Vertex(Vector3f(0.0f, -1.0f, -1.15475), Vector2f(0.5f, 0.0f)),
Vertex(Vector3f(1.0f, -1.0f, 0.5773f), Vector2f(1.0f, 0.0f)),
Vertex(Vector3f(0.0f, 1.0f, 0.0f), Vector2f(0.5f, 1.0f)) };
新的頂點結構包括頂點位置以及頂點紋理坐標。
tutorial16.cpp
...
glEnableVertexAttribArray(1);
...
glVertexAttribPointer(0, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, sizeof(Vertex), 0);
glVertexAttribPointer(1, 2, GL_FLOAT, GL_FALSE, sizeof(Vertex), (const GLvoid*)12);
...
pTexture->Bind(GL_TEXTURE0);
...
glDisableVertexAttribArray(1);
在渲染循環中也有一些代碼變動，因為增加了紋理坐標屬性，所以我們啟動了屬性1，這和頂點shader中的layout是一致的，接着我們會調用glVertexAttribPointer指定頂點緩沖中紋理坐標的位置，紋理坐標是2個浮點數，所以函數第二個參數是2，注意第五個參數都是頂點結構的大小，這對於位置和紋理屬性是一樣的， 這個參數稱作 'vertex stride'，就是2個頂點之間的字節數目。在我們的頂點緩沖中，包含pos0, texture coords0, pos1, texture coords1, 等等，前面的教程中，只有一個位置屬性，所以該參數設置為0。最后一個參數頂點結構起始地址到紋理屬性的偏移字節數。
在draw調用前，我們進行一次紋理綁定操作，注意下面的禁止頂點屬性函數調用，指定頂點屬性后，我們需要在一次禁止它。
glFrontFace(GL_CW);
glCullFace(GL_BACK);
glEnable(GL_CULL_FACE);
上面三個函數設定三角形面背面剔除功能，啟用該功能后，會在PA階段，剔除法向朝后的三角面(背面三角形本來就看不見)，從而這些面不會做片元shader，從而提高程序性能。第一個函數指定三角形頂點為順時針順序，就是說從前面看向三角形時，它的頂點是順時針排列，第二個函數指定剔除背面(而不是前面),第三個參數開啟剔除功能。
glUniform1i(gSampler, 0);
設定紋理單元的索引，我們將會在片元shader中通過uniform變量使用紋理。在前面的代碼中，gSampler會通過 glGetUniformLocation()函數得到。
pTexture = new Texture(GL_TEXTURE_2D, "test.png");
if (!pTexture->Load()) {
return 1;
}
上面的代碼創建紋理對象，並裝入它。
程序執行后界面如下：
