纹理

纹理的定义

纹理是一种普遍存在的视觉现象 , 人们可以去感受纹理 ,却很难对纹理的精确定义形成统一的认识。目前尚无一个被广泛接受的纹理定义 。

一般认为 , 纹理是图像灰度或色彩在空间上的变化或重复 。

我们的演示程序正在变得越来越有趣，但是顶点颜色无法体现真实世界物体所具有的细节。纹理贴图映射(texture mapping)是一种将图像数据映射到三角形表面的技术，它可以显著提高场景的细节和真实感。例如，我们可以创建一个立方体，然后将一个板条箱纹理映射到立方体的每个面上，使它看上去更像是一个板条箱(参见图 8.1)。

图 8.1 ：板条箱演示程序创建了一个带有板条箱纹理的立方体。

纹理坐标

Direct3D 的纹理坐标系由表示图像水平方向的 u 轴和表示图像垂直方向的 v 轴组成。坐标(u,v)指定了纹理上的一个元素，我们将该元素称为纹理元素(texel，译者注：texel是textureelement的缩写)，其中 0≤u,v≤1。注意，v 轴的正方向是“垂直向下”的参见图 8.2)。另外，将规范化坐标区间设为[0,1]，是因为这样可以使 Direct3D 拥有一个独立于纹理尺寸的坐标空间；例如，无论纹理的实际尺寸是 256×256、512×1024 还是 2048×2048，(0.5, 0.5)永远表示中间的纹理元素。同样，(0.25, 0.75)表示在水平方向上位于总宽度的1/4 处、在垂直方向上位于总高度的3/4 处的纹理元素。现在，我们只讨论[0,1]区间内的纹理坐标，稍后会讲解当纹理坐标超出一范围时的处理方法。

图 8.2 纹理坐标系（texture coordinate system) ，有时也称为纹理空间（texture space)。


对于每个 3D 三角形，我们都要在纹理上定义一个相应的 2D 三角形，以使纹理映射到3D 三角形上(参见图 8.3)。

图 8.3 左图是 3D 空间中的一个三角形 ，右图是我们在纹理上定义的 2D 三角形 ，它会被映射到 3D 三角形上。

若三角形的顶点坐标为 p 0 ，p 1 和 p 2 ，对应的纹理坐标为 q 0 、q 1 和 q 2 。对于 3D 三角形上的任意一个点(x,y,z)，它的纹理坐标(u,v)都可以通过在 3D 三角形表面对顶点纹理坐标进行线性插值得到，而线性插值中的参数 s、t 是相同的；也就是说：

 

 

若 s≥0，t≥0，s+t≤1 则，

 

   

通过一方式，三角形上的每个点都可以得到一个相应的纹理坐标。

为了使用纹理，我们需要再次修改顶点结构体，添加一对纹理坐标，指定纹理上的点，使每个 3D 点都有一个相应的 2D 纹理点。这样，由 3 个顶点构成的每个 3D 三角形在纹理空间中都会有一个相应的 2D 纹理三角形(即，在每个 2D 纹理三角形和 3D 三角形之间建立对应关系)。

注意

：你可以创建一个 2D 纹理三角形和 3D 三角形差别很大的“奇怪”纹理映射。结果是，当这个 2D 纹理映射到 3D 三角形上时，会出现拉伸和扭曲，看起来不好。例如，将一个尖三角形映射到一个正三角形上就会发生拉伸现象。通常，纹理扭曲应尽量避免，除非艺术家期望这种扭曲的效果。看一下图 8.3，我们将整张纹理映射到立方体的每个面上，但这并不是必须的。我们可以只将纹理的一部分映射到几何体上。我们可以将几张毫不相关的图像合并在一张大纹理贴图上(叫做纹理贴图集textureatlas)，然后将它用于不同的对象(图 8.4)。纹理坐标决定了将那一部分纹理映射到三角形上。

图 8.4. 一张存储了 4 张纹理的纹理贴图集。设置每个顶点的纹理坐标就可以将期望的部分纹理映射到几何体上。