文章

UnityShade入门精要（3·2DTexture）

发表于
作者 senlongan
12 分钟阅读

Texture

想要完成贴图的效果，是通过纹理映射，找到顶点对应的纹理坐标，查询纹理上对应的纹素，根据纹素的颜色设置顶点的颜色

OpenGL和DirectX在二维纹理空间中的坐标系有差异，在OpenGL里，纹理空间的原点位于左下角，而在DirectX中，原点位千左上角。Unity使用的纹理空间是符合OpenGL的传统的， 也就 是说，原点位于纹理左下

在shader中，新增纹理等属性，创建在 CG 代码片中声明和上述属性类型相匹配的变量，其中_MainTex_ST可以让我们得到该纹理的缩放和平移 （偏移）值

定义输入输出struct：TEXCOORDn(当作为顶点着色器向片段着色器传递的语义时，可以传递各种不同类型的数据，简化了shader的开发复杂度)

v .texcoord. xy * MainTex ST. xy + MainTex ST.zw;

vertex shader中_MainTex_ST.xy对顶点纹理坐标进行缩放，_MainTex_ST.zw 对结果进行偏移,TRANSFORM_TEX内翌宏 来帮我们计算上述过程

fragment shader中，CG使用tex2D 函数对纹理进行采样，它的第一个参数是需要被采样的纹理，第二个参数是一个float2类型的纹理坐标，采样的颜色值作为顶点的albedo漫反射颜色值

unity texture属性

在unity editor中，我们要正确设置纹理的属性，

  • texture type
  • Wrap Mode 决定了当纹理坐标超过[O, l]范围后将会如何被平铺。
    • Repeat,如果纹理坐标超过了 1 那么它的整数部分将会被舍弃，而直接使用小数部分进行采样，这样的结果是纹理将会不断重复；
    • Clamp,如果纹理坐标大千 1, 那么将会截取到 1, 如果小于O, 那么将会截取到 0。
  • FilterMode指定纹理过滤模式的枚举类型（当像素和纹理分辨率不同时（需要放大纹理时），采样哪个纹素），支持 3 种模式
    • Point点过滤（最近邻(nearest neighbor)算法），选取距离该像素中心最近的纹素，呈现出块状或像素化的外观
    • Bilinear双线性过滤，会考虑该像素所覆盖的纹理区域周围的 4 个纹素进行加权平均计算
    • Trilinear三线性过滤，Mipmap 级别之间进行线性插值计算
  • 纹理缩小的过程比放大更加复杂一些，此时原纹理中的多个纹素将会对应一个目标像素，最常使用的方法就是使用多级渐远纹理(mipmapping)，
  • 需要修改纹理类型，即可开启多级渐远纹理技术，需要使用一定的空间用于存储这些多级渐远纹理，这是一种典型的用空间换取时间的方法，并和会配合FilterMode使用
  • 当我们在为不同平台发布游戏时，需要考虑目标平台的纹理尺寸和质凰问题。允许我们为不同目标平台选择不同的分辨率
    • Max Size 如果导入的纹理大小超过了设置的值，那么会把该纹理缩放为这个最大分辨率（出于性能和空间的考虑，我们应该尽量使用 2 的幕大小的纹理。）
    • Format 决定了 Unity 内部使用哪种格式来存储该纹理，纹理格式精度越高，占用的内存空间越大，但得到的效果也越好

凹凸映射(bumpmapping)

为了让贴图看起来更真实，渲染凹凸感，有两种方法可以做到（性能原因并不改变模型的网格）,两者通常一起使用

高度纹理 (height map) 进行高度映射，存储黑白的高度值,颜色越浅表明该位置的表面越向 外凸起，而颜色越深表明该位置越向里凹

法线纹理 (normal map)进行法线映射 ，它存储了法线的方向，对于之前一直使用的法线纹理，是定义在模型空间中（世界空间）的，但是在实际存储时，通常会使用切线空间存储法线：

切线空间：每个顶点都有一个属千自己的切线空间，TBN -》切线，副切线，法线 -》xyz

比如模型空间的法线存储在贴图，通常是颜色各异，是因为对于世界坐标来说，法线方向都不同，但是对于切线空间的法线存储在贴图，通常呈现蓝色，因为法线相对于各自顶点的切线空间是方向趋近于z的

我们进行光照计算都需要保证在同一坐标系下运算， 由于法线纹理中存储的法线是切线空间下的方向，我们通常有两种选择：

  • 一种选择是在切线空间下进行光照计算，效率更高，可以在顶点着色器中就完成对光照方向和视角方向的变换
  • 另一种选择是在世界空间下进行光照计算，更通用，因为有时我们需要在世界空间下进行一些计算

切线空间下法线贴图实战

在切线空间进行光照模型的计算，我们需要知道从模型空间到切线空间的变换矩阵，这个变换矩阵的逆矩阵，即从切线空间到模型空间的变换矩阵是非常容易求得的，因为这个逆矩阵变换就等于它的转置矩阵，因此将顺序按行排列即可

首先在Properties中新增两个属性,_BumpMap凹凸贴图和_BumpScale凹凸程度

输入结构体中，新增: TANGENT语义获取切线，

在vertexshader中根据normal和tangent的cross叉乘获取副切线，使用v.tangent.w和叉积结果进行相乘，这是因为和切线与法线方向都垂直的方向有两个， 而 w 决定了我们选择其中哪一个方向。

法线分量范围在[-1, l],而像素的分量范围为[O, 1]，法线纹理中存储的范围是经过映射的范围，在Shader 中对法线纹理进行纹理采样后，还需要对结果进行一次反映射的过程，以得到原先的法线方向

在fragment shader中，需要*2-1的反映射过程。由于法线都是单位矢量，因此tangentNormal.z 分量可以由 tangentNonnal.xy 计算而得，

UnpackNormal （）来得到正确的法线方向

世界空间下法线贴图实战

需要输出到fragment shader的，切线空间到世界空间的变换矩阵，但是一个插值寄存器TEXCOORDn，最多只能存储float4大小的变量，对于矩阵这样的变量，我们可以把它们按行拆成多个变量再进行存储

为了充分利用寄存器存储空间，尽量把分量存储在一个类型的变量中

这个矩阵和上次的TBN不同，是它的转置==逆矩阵，因此是从切线空间到世界空间的矩阵

对于法线需要从切线空间变换到世界空间，行*列通过dot实现，half3构造一个3维的向量

法线纹理类型

作为法线贴图的纹理需要将texture type设置为normal map类型？？

normal map类型可以让Unity根据不同平台对纹理进行压缩,通过 UnpackNormal 函数来针对不同的压缩格式对法线纹理进行正确的采样

作为高度图的纹理需要将texture type设置为normal map类型，并且要勾选 Createfrom Grayscale,用于从高度图中生成法线纹理的

渐变纹理

渐变纹理实际就是一个一维纹理，在纵轴方向上颜色不变，根据对法线方向和光照方向的点 积，来构建一个纹理坐标（即采样位置）

那么根据受光情况不同，会施加不同的颜色，

遮罩纹理

遮罩可以保护某些区域，使它们免于某些修改。比如我们希望模型表面某些区域的反光强烈一些，而某些区域弱一些。

使用遮罩纹理的流程一般是：通过采样得到遮罩纹理的纹素值，然后使用某个通道值与某种表面属性（例如镜面颜色部分）进行相乘，当该通道的值为 0 时，可以保护表面不受该屈性的影响。

高光遮罩纹理：逐像素地控制模型表面的高光反射强度。

普通纹理，法线纹理切线空间，法线纹理世界空间，遮罩纹理

1732981203160

Unity_Shader
shader
本文由作者按照 CC BY 4.0 进行授权
本页总访问量次