材质贴图

材质贴图是一种在计算机生成的图形上映射纹理的方法。 这里的纹理可以是高频细节、表面纹理或颜色。

最初的技术由 Edwin Catmull 于 1974 年xxx。

材质贴图最初指的是漫反射映射，一种简单地将像素从纹理映射到 3D 表面（将图像包裹在对象周围）的方法。 近几十年来，出现了多通道渲染、多纹理、mipmap 和更复杂的映射，例如高度映射、凹凸映射、法线映射、置换映射、反射映射、高光映射、遮挡映射，以及该技术的许多其他变体 （由材料系统控制）通过xxx减少构建逼真和功能性 3D 场景所需的多边形和照明计算的数量，使得实时模拟接近照片级真实感成为可能。

纹理贴图是应用（映射）到形状或多边形表面的图像。 这可能是位图图像或程序纹理。 它们可以以常见的图像文件格式存储，由 3d 模型格式或材料定义引用，并组装成资源包。

它们可能有 1-3 个维度，尽管 2 个维度对于可见表面最常见。 为了与现代硬件一起使用，纹理贴图数据可能会以混合或平铺顺序存储，以提高缓存一致性。 渲染 API 通常将纹理贴图资源（可能位于设备内存中）作为缓冲区或表面进行管理，并且可能允许“渲染到纹理”以获得其他效果，例如后期处理或环境映射。

它们通常包含 RGB 颜色数据（存储为直接颜色、压缩格式或索引颜色），有时还包含用于 alpha 混合 (RGBA) 的附加通道，尤其是广告牌和贴花覆盖纹理。 可以将 alpha 通道（以硬件解析的格式存储起来很方便）用于其他用途，例如镜面反射。

可以组合多个纹理贴图（或通道）以控制镜面反射、法线、位移或次表面散射，例如 用于皮肤渲染。

多个纹理图像可以组合在纹理图集或阵列纹理中，以减少现代硬件的状态变化。 （它们可能被认为是瓦片地图图形的现代演变）。 现代硬件通常支持具有多个面的立方体贴图纹理以进行环境映射。

纹理贴图可以通过扫描/数码摄影获得，在图像处理软件（如 GIMP、Photoshop）中设计，或直接在 3D 绘画工具（如 Mudbox 或 zbrush）中绘制到 3D 表面上。

这个过程类似于将有图案的纸应用到一个普通的白色盒子上。 多边形中的每个顶点都被分配了一个纹理坐标（在 2d 情况下也称为 UV 坐标）。这可以通过顶点属性的显式分配来完成，通过 UV 展开工具在 3D 建模包中手动编辑。 也可以将从 3d 空间到纹理空间的过程转换与材质相关联。 这可以通过平面投影或柱面或球面映射来实现。 更复杂的映射可能会考虑沿表面的距离以最小化失真。这些坐标在多边形的面上进行插值以在渲染期间对纹理贴图进行采样。纹理可以重复或镜像以在更大的区域上扩展有限的矩形位图，或者它们 可能从表面的每一块都有一个一对一的xxx单射映射（这对于渲染映射和光照映射很重要，也称为烘焙）。

材质贴图将模型表面（或光栅化过程中的屏幕空间）映射到纹理空间； 在这个空间中，纹理贴图以其未失真的形式可见。 UV 展开工具通常提供纹理空间视图以供手动编辑纹理坐标。 一些渲染技术，例如次表面散射，可以近似地通过纹理空间操作来执行。

多重纹理是一次在多边形上使用多个纹理。 例如，光照贴图纹理可用于照亮表面，作为每次渲染表面时重新计算光照的替代方法。 微观纹理或细节纹理用于添加更高频率的细节，污垢贴图可能会添加风化和变化； 这可以xxx减少重复纹理的明显周期性。 现代图形可能会使用 10 个以上的层，这些层使用着色器组合，以获得更高的保真度。 另一种多纹理技术是凹凸贴图，它允许纹理直接控制表面的朝向以进行光照计算； 它可以为复杂表面（如树皮或粗糙的混凝土）提供非常好的外观，除了通常的详细着色外，还具有照明细节。