《3D数学基础》—— 10.5 纹理映射

概念介绍

纹理贴图（Texture Map）

简单来讲就是“粘贴”到对象表面的位图图像，是应用于模型表面的常规位图。

纹理元素（Texel）

纹理元素是指纹理贴图中的单个像素，可以将Texel理解为Texture Pixel的简称，有时简称为“纹素”。它和体素（Voxel）的构词法类似，后者为体积元素（Volume Pixel）的简称。计算机图形学的上下文中会谈及很多不同类型的位图，该术语就是通过一种简洁的方式区分帧缓冲区中的像素（Pixel）和纹理中的像素（Texel）。

工作原理

有许多种不同的方法可以将纹理贴图应用到网格上，如平面映射（Planar Mapping）可以将纹理按正交方式投影到网格上，除此之外还有，球体映射（Spherical Mapping）、圆柱形映射（Cylindrical Mapping）和立方体映射（Cubic Mapping）等类型。

纹理映射的 关键要点 是，在网格表面上的每个点处，可以获得纹理映射坐标（Texture-Mapping Coordinate），其定义了纹理贴图中与网格三维位置对应的二维位置。

传统上，纹理映射坐标分配了变量（u, v），其中u为水平坐标，v为垂直坐标。因此，纹理坐标通常称为UV坐标（UV Coordinate）或者简称为UV。虽然位图有不同大小，但是UV坐标会被归一化。

通常情况下，只在顶点级别计算或指定UV坐标，并通过插值获得某个面的任意内部位置的UV坐标。有一个很形象的比喻：

可以将纹理贴图想象成一块弹力布，当将纹理贴图坐标指定给一个顶点时，就好像使用一根大头针将该弹力布固定在那些UV坐标上，以便通过这种方式将布钉在该顶点的表面上。对于每个顶点都有一根大头针，因此整个表面都会被覆盖贴图。

样例

同一张纹理贴图和同一个网格，分配给顶点的UV值不同时，效果也是不一样的，如下图：

除此之外，UV坐标值允许在[0,1] 范围之外，可以有多种方式解释。

最常见的处理方式是 重复（Repeat） —— 也称为 平铺（Tile） ，其会丢弃坐标的整数部分，仅使用小数部分，结果就是使纹理重复。

另外还有一种方式是 锁住（Clamp）， 当使用[0,1]范围之外的坐标访问位图时，它会被锁在[0,1]范围内，结果就是对于超出范围的区域复制位图边缘像素。

当然还有其他方式，某些硬件可能还支持 镜像（Mirror） 等选项，镜像类似于重复，区别在于每一个其他平铺的块都是镜像的，可以保证相邻的平铺块之间不存在“接缝”，而是一个连续的图像。