【音视频之SDL2】一篇搞懂纹理与渲染

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前言
总结

前言

在游戏开发和多媒体应用中，高效的图形渲染是至关重要的。SDL2（Simple DirectMedia Layer 2）作为一个跨平台的多媒体库，提供了强大的图形处理功能，其中纹理（Texture）和渲染（Rendering）是实现高效图像显示的核心概念。纹理可以理解为贴在物体表面上的图像，而渲染则是将这些图像绘制到屏幕上的过程。本篇文章将带你深入理解SDL2中的纹理与渲染，帮助你掌握如何使用这些功能来创建流畅的图像显示效果。

SDL2的纹理与渲染

什么是纹理？

在图形编程中，纹理（Texture）可以理解为一张贴在物体表面上的图像。它就像是给物体穿上一层皮肤，使其看起来更真实或者更具特定效果。在SDL2中，纹理是用于在屏幕上绘制图像的一种高效方式。

什么是渲染？

渲染（Rendering）就是将图像或场景绘制到屏幕上的过程。在SDL2中，渲染是通过一个叫做渲染器（Renderer）的组件来完成的。渲染器负责将纹理绘制到窗口中，并且可以对这些纹理进行各种操作，例如缩放、旋转和透明度调整。

比较

是的，SDL_Renderer 纹理（SDL_Texture）和 SDL_Surface 有些相似，但它们有不同的用途和特性。下面是对它们的详细比较和解释：

SDL_Surface

用途：用于在内存中存储图像数据。
存储位置：通常存储在系统内存中。
使用场景：适用于需要直接访问或修改图像像素数据的场景，比如加载图像、进行图像处理、创建动态图像等。
效率：因为存储在系统内存中，直接操作像素比较容易，但渲染到屏幕上时效率较低，特别是处理大图像或频繁更新时。

SDL_Texture

用途：用于渲染器（SDL_Renderer）在屏幕上绘制图像。
存储位置：通常存储在显卡的显存中（硬件加速）。
使用场景：适用于需要快速绘制的图像，比如游戏中的精灵图、背景图、UI元素等。由于使用硬件加速，适合频繁更新的图像。
效率：因为存储在显存中，并且利用了硬件加速，渲染效率非常高。无法直接访问像素数据，需要通过 SDL_UpdateTexture 或 SDL_LockTexture 进行间接修改。

总结：

SDL_Surface 更适合于加载和处理图像数据。
SDL_Texture 更适合于快速高效地绘制图像。

纹理与渲染的关系

加载图像到纹理：首先，我们需要将图像文件加载到纹理中。SDL2中，纹理是通过渲染器来创建的，图像数据被加载到纹理中以便快速处理。
创建渲染器：我们需要创建一个渲染器，它是所有渲染操作的核心。渲染器可以理解为一只画笔，纹理是颜料，而窗口就是画布。
渲染纹理到窗口：最后，我们使用渲染器将纹理绘制到窗口上。这个过程包括清除当前窗口内容、将纹理复制到窗口并显示出来。

使用纹理与渲染绘制一个BMP图片

使用纹理与渲染的流程

初始化SDL：
- 初始化SDL库，通常只需初始化视频子系统。
创建窗口：
- 创建一个窗口，指定其大小、位置和标题。
创建渲染器：
- 创建一个渲染器，它是所有绘图操作的核心。渲染器会用于绘制图像和处理渲染任务。
加载图像：
- 加载图像文件（如BMP、PNG等）到内存中。此步骤通常涉及将图像数据从文件系统读取到一个内存表面（SDL_Surface）中。
创建纹理：
- 使用渲染器将图像表面数据转换为纹理（SDL_Texture）。纹理存储在显存中，以便快速渲染。
渲染循环：
- 处理事件（如用户输入）。
- 清除渲染器的当前内容，准备绘制新图像。
- 将纹理绘制到渲染器上。可以指定纹理的位置、大小、旋转等属性。
- 更新窗口显示，呈现渲染器中绘制的内容。
清理资源：
- 销毁纹理、渲染器和窗口，释放分配的资源。
- 退出SDL库，清理所有SDL相关的资源。

SDL_CreateRenderer

作用

SDL_CreateRenderer 函数用于创建一个渲染器（Renderer），这是一个用于执行所有渲染操作的对象。渲染器将图像绘制到窗口或屏幕上。

函数原型

c 复制代码

SDL_Renderer* SDL_CreateRenderer(SDL_Window* window, int index, Uint32 flags);

参数

window：指向 SDL_Window 对象的指针，指定渲染器将在哪个窗口上绘制。
index：指定渲染驱动程序的索引。通常使用 -1，表示使用默认的渲染驱动程序。
flags：指定渲染器的创建标志，常用标志有：
- SDL_RENDERER_ACCELERATED：使用硬件加速。
- SDL_RENDERER_SOFTWARE：使用软件渲染（较慢，通常不推荐使用）。

返回值

成功时：返回一个指向 SDL_Renderer 的指针。
失败时：返回 NULL。可以使用 SDL_GetError 获取错误信息。

SDL_CreateTextureFromSurface

作用

SDL_CreateTextureFromSurface 函数用于将一个 SDL_Surface 对象转换为 SDL_Texture 对象，后者可以被渲染器用于高效地在屏幕上绘制图像。

函数原型

c 复制代码

SDL_Texture* SDL_CreateTextureFromSurface(SDL_Renderer* renderer, SDL_Surface* surface);

参数

renderer：指向 SDL_Renderer 对象的指针，用于创建纹理的渲染器。
surface：指向 SDL_Surface 对象的指针，表示要转换为纹理的图像数据。

返回值

成功时：返回一个指向 SDL_Texture 的指针。
失败时：返回 NULL。可以使用 SDL_GetError 获取错误信息。

SDL_UpdateTexture

作用

SDL_UpdateTexture 函数用于更新一个已经存在的纹理的内容。这个函数允许你将新的图像数据复制到现有纹理中。

函数原型

c 复制代码

int SDL_UpdateTexture(SDL_Texture* texture, const SDL_Rect* rect, const void* pixels, int pitch);

参数

texture：指向 SDL_Texture 对象的指针，表示需要更新的纹理。
rect：指向 SDL_Rect 对象的指针，指定要更新的纹理区域。如果为 NULL，则更新整个纹理。
pixels：指向包含新图像数据的内存块的指针。数据格式应与纹理格式匹配。
pitch：指定每行图像数据的字节数，即图像数据的"行跨度"。

返回值

成功时：返回 0。
失败时：返回负值，并设置 SDL 错误代码。可以使用 SDL_GetError 获取错误信息。

何时调用它

创建纹理后：如果你使用 SDL_CreateTextureFromSurface 创建了纹理，并且纹理的内容是你需要的，那么你无需再调用 SDL_UpdateTexture。创建纹理时，SDL_CreateTextureFromSurface 会将 SDL_Surface 中的数据复制到纹理中，纹理已经包含了这些数据。

更新纹理：如果你需要动态改变纹理的内容（例如改变图像的一部分），你可以使用 SDL_UpdateTexture 来更新纹理的数据，而不需要重新创建纹理。

SDL_RenderCopy

作用

SDL_RenderCopy 函数用于将一个纹理绘制到渲染器的渲染目标上。这个函数将纹理的一部分或全部复制到渲染器的绘图区域中。

函数原型

c 复制代码

int SDL_RenderCopy(SDL_Renderer* renderer, SDL_Texture* texture, const SDL_Rect* srcrect, const SDL_Rect* dstrect);

参数

renderer：指向 SDL_Renderer 对象的指针，表示要将纹理绘制到哪个渲染器上。
texture：指向 SDL_Texture 对象的指针，表示要绘制的纹理。
srcrect：指向 SDL_Rect 对象的指针，表示纹理中要绘制的区域。如果为 NULL，表示使用纹理的整个区域。
dstrect：指向 SDL_Rect 对象的指针，表示纹理要绘制到渲染目标上的区域。如果为 NULL，表示将纹理绘制到渲染目标的整个区域。

返回值

成功时：返回 0。
失败时：返回负值，并设置 SDL 错误代码。可以使用 SDL_GetError 获取错误信息。

SDL_RenderPresent

作用

SDL_RenderPresent 函数用于将渲染器中绘制的内容呈现到窗口上。这个函数会更新屏幕显示内容，使得之前通过渲染器绘制的图像可见。

函数原型

c 复制代码

void SDL_RenderPresent(SDL_Renderer* renderer);

参数

renderer：指向 SDL_Renderer 对象的指针，表示要将绘制内容呈现到哪个渲染器上。

返回值

无返回值。

示例代码

c 复制代码

#include <SDL.h>
#include <stdio.h>
#include <stdbool.h>

int main(int argc, char* argv[]) {
    if (SDL_Init(SDL_INIT_VIDEO) < 0) {
        printf("SDL could not initialize! SDL_Error: %s\n", SDL_GetError());
        return -1;
    }

    SDL_Window* window = SDL_CreateWindow("My First SDL2 Window",
        SDL_WINDOWPOS_UNDEFINED, SDL_WINDOWPOS_UNDEFINED,
        700, 500, SDL_WINDOW_SHOWN);

    if (!window) {
        printf("Window could not be created! SDL_Error: %s\n", SDL_GetError());
        SDL_Quit();
        return -1;
    }

    SDL_Renderer* renderer = SDL_CreateRenderer(window, -1, SDL_RENDERER_ACCELERATED);
    if (!renderer) {
        printf("Renderer could not be created! SDL_Error: %s\n", SDL_GetError());
        SDL_DestroyWindow(window);
        SDL_Quit();
        return -1;
    }

    SDL_Surface* surface = SDL_LoadBMP("./SDL2.bmp");
    if (!surface) {
        printf("Unable to load image %s! SDL_Error: %s\n", "./SDL2.bmp", SDL_GetError());
        SDL_DestroyRenderer(renderer);
        SDL_DestroyWindow(window);
        SDL_Quit();
        return -1;
    }

    SDL_Texture* texture = SDL_CreateTextureFromSurface(renderer, surface);
    SDL_FreeSurface(surface); // 不再需要surface，释放它
    if (!texture) {
        printf("Unable to create texture from %s! SDL_Error: %s\n", "./SDL2.bmp", SDL_GetError());
        SDL_DestroyRenderer(renderer);
        SDL_DestroyWindow(window);
        SDL_Quit();
        return -1;
    }

    bool quit = false;
    SDL_Event e;

    while (!quit) {
        while (SDL_PollEvent(&e) != 0) {
            if (e.type == SDL_QUIT) {
                quit = true;
            }
        }

        SDL_RenderClear(renderer);
        SDL_RenderCopy(renderer, texture, NULL, NULL);
        SDL_RenderPresent(renderer);
    }

    SDL_DestroyTexture(texture);
    SDL_DestroyRenderer(renderer);
    SDL_DestroyWindow(window);
    SDL_Quit();

    return 0;
}

效果展示

总结

通过本文的介绍，我们了解了SDL2中纹理和渲染的基本概念和工作原理。纹理是存储在显存中的图像数据，利用硬件加速可以高效地进行绘制，而渲染器则是负责将纹理绘制到窗口上的工具。相比于传统的表面（Surface），纹理在处理频繁更新和复杂图像操作时表现出色。掌握了纹理和渲染的使用方法后，你可以在SDL2中创建更为流畅和高效的图像显示效果，为游戏和多媒体应用提供强有力的支持。通过实践这些概念，你将能够更好地控制图像渲染过程，实现复杂的图形效果和动画。希望这篇文章能够帮助你更好地理解和运用SDL2中的纹理与渲染技术。