unity hlsl 5 基础纹理

unityloverz

纹理依赖于纹理映射技术，逐纹素(texel)地控制。纹理中存储着每个顶点的一些信息，使用纹理映射坐标（texture-mapping coordinate）存储到每个顶点上。一般情况下，纹理的uv坐标会被归一化到[0,1]范围上。
一、Base map

1.1纹理属性
name##_ST用来声明每个纹理的属性，ST是纹理的缩放(scale)和平移(translation)的缩写,_MainTex_ST.xy存储的是缩放值,_MainTex_ST.xy存储的是偏移值。
1.2纹理中坐标的存储和变换
struct a2v {
  float4 vertex: POSITION;
  float3 normal: NORMAL;
  float4 texcoord: TEXCOORD0;
};
struct v2f {
  float4 pos: SV_POSITION;
  float3 worldNormal: TEXCOORD0;
  float3 worldPos: TEXCOORD1;
  float2 uv: TEXCOORD2;
};
在a2v中, TEXCOORD0, 将模型的第一组纹理坐标存储到texcoord中，在v2f中，TEXCOORD2表示存储纹理坐标。
o.uv = TRANSFORM_TEX(v.texcoord, _MainTex);
o.uv = v.texcoord.xy * _MainTex_ST.xy + _MainTex_ST.zw;
//函数定义
#define TRANSFORM_TEX(tex,name) (tex.xy * name##_ST.xy + name##_ST.zw)TRANSFORM_TEX就是对纹理坐标进行缩放和平移变换。
tex2D(_MainTex, i.uv).rgb * _Color.rgb;这种类型的函数就是对纹理进行采样，其中第一个参数是需要被采样的纹理，第二个参数就是float2类型的纹理坐标。
1.3Unity面板上的纹理属性
Unity面板上，可以选择纹理类型是Texture还是Normal map等。
wrap mode则决定了当纹理坐标超出[0,1]的范围后的处理措施。他有repeat和clamp两种模式，repeat模式下纹理坐标超过1的部分会被舍弃，会直接使用小数部分进行采样。clamp模式下，如果大于1会对1采样，小于0会对0进行采样。



两种wrap mode模式的效果

filter mode决定了纹理放大时会采用哪种滤波。有三种滤波：point、bilinear、trilinear。
当纹理缩小时，会采用多级渐远纹理（mipmapping）技术，牺牲部分空间，只用多开销33%的空间。
要注意的是，纹理的分辨率，长宽都该是2的幂，这样子可以提高性能和节省存储空间。
二、Bump map（凹凸映射）

bump map主要有两种方式：高度纹理（height map）和法线纹理（normal map）
2.1高度纹理
高度纹理使用高度图来存储强度值（intensity），颜色浅表示向外凸，颜色深表示向内凹。高度纹理的缺点就是计算量大，会消耗更多的性能。
2.2法线纹理
法线纹理中存储的是表面法线的方向，法线的方向分量范围是[-1,1]，像素的分量范围是[0,1]。所以需要一个映射：


而从存储的纹理中读取时，就需要进行一个反映射操作也就是：


法线纹理的存储主要是在切线空间（tangent space）下，远点就是顶点本身，x轴是顶点的切线方向(t)，y轴是法线和切线叉积即副切线的反向（b），z轴是顶点的法线方向（n）。切线空间的法线贴图基本都是浅蓝色，模型空间的法线贴图则是彩色。
在切线空间下存储法线贴图的优点是：
1）可以应用在不同网格上
2）可以进行uv动画
2）可压缩, Z方向可以由XY方向推导出来。
缺点是可能在边缘处或者尖锐部分出现接缝。
2.3法线纹理代码（世界坐标下计算）
法线纹理的计算主要有两种方法：一种是在切线空间下计算，另一种是在世界空间下进行光照计算。在切线空间计算因为是在定点着色器中进行计算，所以效率较高，但第二种方法的普遍性更好，比如需要在世界空间下进行一些计算时，例如在使用Cubemap进行环境映射时。
2.4世界空间下bump map的计算
三、Ramp map


四、Mask map