【Unity Shader入门精要】— 基础纹理

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【Unity Shader入门精要】— 基础纹理

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引言

纹理是如何贴到模型上的：利用纹理映射技术。
纹理映射技术：把纹理想成一张弹性很好的薄膜，然后让顶点UV坐标和纹理坐标对应，把这张薄膜蒙在模型上~

单张纹理

通常会使用单张纹理来代替物体的漫反射颜色。

纹理的属性

纹理从广义上讲不是一个普通的图片，我们今后会遇到各种功能性纹理，比如法线纹理，立方体纹理等，我们在Unity中选中一个纹理，属性面板会看到很多属性。

下面我们对这些属性做个大致的介绍：
1）Texture Type
纹理类型，点开后会看到一串选择，Default就是默认的纹理类型，也就是普通的图片，还有后面篇章我们要讲的法线纹理类型Normal map，还有2D中用到的Sprite等，我们要选择合适的类型，Unity才会知道该纹理的功能，也会有适应的优化。
2）Texture Shape
默认2D，还有Cube，也就是立方体纹理，后面篇章再介绍。
3）sRGB(Color Texture)
也就是标准颜色的纹理，如果不需要标准RGB颜色的纹理，可以不勾选。
4）Alpha Source
Alpha通道的来源，如果选择none表示没有该通道，默认Input Texture Alpha，表示来自于该纹理。From Gray Scale，透明通道的值会由每个像素的灰度值生成。
5）Alpha Is Transparency
当alpha用于透明处理时，我们要勾上该选项，可以防止不透明边缘锯齿现象，如果Alpha有他用，可以不勾选。
6）Wrap Mode
它决定了当纹理坐标超过[0, 1]范围后将如何平铺。有两项，repeat和clamp，repeat顾名思义，表示重复，纹理会不断重复；clamp，纹理坐标大于1时会截取到1，小于0时会截取到0。如下图：
7）Filter Mode
它决定了当纹理由于变换产生拉伸时会采用哪种滤波模式。有3种模式：Point，Bilinear，Trilinear。
a、Point模式：最近点采样。这样还不错，因为速度是最快的，但如果拉伸变形了，会出现马赛克现象。
b、Bilinear模式：双线性过滤。以像素对应的纹理坐标为中心，采样它周围4个texel（纹素）的像素，取平均值作为该坐标采样值。这是Unity默认的模式，过渡效果相对平滑，当然速度会比最近点采样有一定下降。
c、Trilinear模式：三线性过滤，会对像素大小和纹素大小最接近的两层Mipmap level分别进行双线性过滤，再对结果进行线性插值。由于使用了两次双线性过滤，也就是计算2x4=8个像素的值，速度会更加下降，当然滤波效果更好。下图是一张64x64的纹理贴在512x512的平面时用三种过滤的效果图：

8）Generate Mip Maps
当纹理缩小时，纹理中多个像素将会对应一个目标像素。这样就会出现锯齿现象。一个最常用的方法就是多级渐远纹理（mipmapping）技术。该技术将原纹理提前用滤波处理来得到很多更小的图像，形成一个图像金字塔，每一层都是对上一层图像降采样的结果。在实时运行时，比如物体远离摄像机时，可以直接用较小的纹理采样。
比如一张128*128的图，会生成64*64，32*32，16*16，8*8，4*4，2*2，1*1的图片，当然，因为要多存储这些图片，通常会多占用33%的空间。这是典型的空间换取时间的方法。所以使用时如果因为摄像机远近会放大缩小的图，比如场景资源，我们尽量用mipmap，否则取消mipmap，比如ui元素。
9）Max Size
纹理最大尺寸。如果我们导入的纹理大小超过了Max Size，那么Unity会把该纹理缩放成这个最大分辨率。导入的纹理可以是非正方形的，但长宽该是2的幂。如果使用了非2的幂大小（Non Power of Two, NPOT）的纹理，这些纹理往往会占用更多的内存空间，GPU读取速度也会下降。所以Unity在内部会把它缩放成最近的2的幂。出于性能和空间考虑，我们应尽量使用2的幂的纹理。
10）Format
Unity内部使用哪种格式存储该纹理。对于不需要使用高精度的纹理，我们要适当的用压缩格式，这对手机平台尤其重要。

凹凸纹理

凹凸映射的目的是使用一张纹理来修改模型表面的法线，以便为模型提供更多的细节。这种方法不会真的改变模型的顶点位置，只是让模型看起来好像是“凹凸不平”的，但可以从模型的轮廓处看出“破绽”。

常用的方法是使用一张法线纹理来直接存储表面法线，这种方法又被称为法线映射。
同时，在代码中会用到UnpackNormal()（该函数用于采样法线方向），而使用UnpackNormal的前提是：将纹理类型成Normal Map。

效果图：

渐变纹理

渐变纹理也叫坡度图，很多卡通风格的渲染都使用了这种技术。

使用不同的渐变纹理控制漫反射光照，左下角给出了每张图使用的渐变纹理

遮罩纹理(mask texture)

非常有用，遮罩允许我们可以保护某些区域，使它们免于某些修改。

应用：有时，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。为了得到更加细腻的效果，我们就可以使用一张遮罩纹理来控制光照。另一种常见的应用是在制作地形材质时需要混合多张图片，例如草地的纹理、表现石子的纹理、表现裸露土地的纹理等，使用遮罩纹理可以控制如何混合这些纹理。

原理：通过采用得到遮罩纹理的纹素值，然后使用其中某个通道的值来与某种表面属性进行相乘，这样，当该通道的值为0时，可以保护表面不受该属性的影响。总而言之，使用遮罩纹理可以让美术人员更加精准地控制模型表面的各种性质。

下图显示了只包含漫反射、未使用遮罩的高光反射和使用遮罩的高光反射的对比结果：

依次为：只包含漫反射，未使用遮罩的高光反射，使用遮罩的高光反射

我们使用的遮罩纹理如下图所示：

可以看出，遮罩纹理可以让我们更加精细地控制光照细节，得到更细腻的效果。