纹理映射 | 丹青两幻

1.纹理映射

纹理映射：用于增强渲染的真实感和细节，允许在三维模型表面上贴附二维图像，以模拟材质、颜色、光照等细节。

纹理坐标的伪代码表示：

即通过对每个光栅化的屏幕坐标算出它的纹理坐标（u,v)(利用三角形顶点重心坐标插值),再利用这个u,v坐标去查询texture上的颜色，把这个颜色信息当作漫反射系数Kd。

1.1 纹理过小的问题

问题：例如，有一张大小为100x100像素的纹理贴图，然后将这个贴图应用到一个500x500像素的屏幕上，这样多个像素点可能会映射到纹理贴图的相同区域，这使得纹理像素的信息被多个屏幕像素所共享。

如果只是简单地使用最近的纹理坐标点，即离目标点最近的(u, v)坐标，取样不足以准确反映屏幕上多个像素的信息，会导致渲染结果出现严重的走样问题。

解决方法：使用更复杂的纹理过滤技术，如双线性插值，考虑周围像素的颜色信息，从而在渲染过程中更加平滑地处理纹理映射，减少走样的影响。

注：Bicubic：双三次插值是利用三次方程来进行两次插值，但是计算开销过大

1.2 纹理过大的问题

现象：

近处出现锯齿，远处出现摩尔纹

原因：根据近大远小，远处的一张完整的贴图可能在屏幕空间中仅仅是几个像素的大小，屏幕空间的一个像素对应了纹理贴图上的一片范围的点，而用一个点采样的结果代替纹理空间一片范围的颜色信息，必然会导致严重失真

如上图，一个屏幕空间的蓝色像素点离相机越远，对应在texture空间的范围也就越大

解决方法：超采样（计算开销过大，不好）、MipMap

纹理足迹（Texture Footprint）： 当纹理贴图映射到几何体表面时，每个像素在纹理空间中的足迹描述了纹理在几何体上的分布。

1.3 MipMap

level 0代表的是原始texture，也是精度最高的纹理，随着level的提升，每提升一级将4个相邻像素点求均值合为一个像素点，因此越高的level也就代表了更大的footprint的区域查询。接下来要做的就是根据屏幕像素的footprint大小选定不同level的texture，再进行点查询即可，而这其实就相当于在原始texture上进行了区域查询。

注：通过MipMap将区域查询的问题，再次转换为点查询。使用MipMap仅将纹理map的大小扩大了1/3

确定level：利用屏幕像素的相邻像素点估算footprint大小再确定level