纹理映射技术

让人头疼的纹理（上）：颜色纹理华中科技大学软件学院万琳提纲1纹理的概念2纹理的定义和映射3基于OpenGL的颜色纹理1纹理的概念用简单光照明模型生成真实感图象，由于表面过于光滑单调，反而显得不真实。

现实物体表面有各种表面细节，这些细节就叫纹理。

1纹理的概念用简单光照明模型生成真实感图象，由于表面过于光滑单调，反而显得不真实。

现实物体表面有各种表面细节，这些细节就叫纹理。

1纹理的概念用简单光照明模型生成真实感图象，由于表面过于光滑单调，反而显得不真实。

现实物体表面有各种表面细节，这些细节就叫纹理。

1纹理的概念纹理实例：纹理的概念1纹理：体现物体表面的细节纹理类型：◆颜色纹理物体表面（平面或者曲面）花纹、图案◆几何纹理基于物体表面的微观几何形状二维纹理几何纹理2纹理的定义和映射◆生成纹理的一般方法，是预先定义纹理模式，然后建立物体表面的点与纹理模式的点之间的对应。

◆当物体表面的可见点确定之后，以纹理模式的对应点参与光照模型进行计算，就可把纹理模式附到物体表面上。

这种方法称为纹理映射（Texture Mapping）。

像素区物体表面纹理模式2纹理的定义和映射纹理模式定义：•图象纹理：将二维纹理图案映射到三维物体表面，绘制物体表面上一点时，采用相应的纹理图案中相应点的颜色值。

•函数纹理：用数学函数定义简单的二维纹理图案，如方格地毯。

或用数学函数定义随机高度场，生成表面粗糙纹理即几何纹理。

函数纹理定义的方格地毯图像纹理2纹理的定义和映射纹理映射：•建立纹理与三维物体之间的对应关系•扰动法向量图像纹理映射到我们课程原创的动画人物帽子上纹理的定义和映射2◆纹理模式定义方法：纹理空间纹理定义在纹理空间上的函数，纹理空间通常是一个单位正方形区域0≤u ≤ 1，0≤ v ≤1之上。

纹理映射中最常见的纹理•一个二维纹理的函数表示•纹理图象V(0，1)(0，0)（1，0） U⎣⎦⎣⎦⎣⎦⎣⎦⎩⎨⎧⨯+⨯⨯+⨯=evenv u odd v u v u g 881880),(纹理的定义和映射2◆纹理映射方法：建立物体空间表面和纹理空间之间的对应关系根据物体空间的表面坐标(x,y,z)计算其纹理空间坐标(u,v)值：对物体表面坐标(x,y,z)用u 、v 进行参数化（第一步），然后反求出参数u 、v 用物体表面坐标(x,y,z)的表达（第二步）；根据纹理空间定义的纹理(u,v)得到该处的纹理值，并用此值取代光照明模型中的相应项，实现纹理映射（第三步）。

mipmap lod偏移量Mipmap LOD偏移量在计算机图形学中，Mipmap是一种用于纹理映射的技术。

LOD （Level of Detail）则是用于控制渲染过程中物体的细节程度的参数。

而Mipmap LOD偏移量则是指在Mipmap级别之间进行切换时所采用的偏移量的大小。

本文将详细介绍Mipmap LOD偏移量的作用和影响。

一、Mipmap和LOD简介Mipmap是一种将纹理图像按照不同尺寸进行预处理的技术。

它通过在原始纹理图像的基础上生成一系列缩小的图像，这些图像被存储在不同的Mipmap级别中。

这样，在渲染过程中，系统可以根据物体与相机的距离，自动选择合适的Mipmap级别，从而实现更加真实和高效的纹理映射效果。

而LOD则是用于控制渲染过程中物体细节程度的参数。

它通常是一个浮点数，用于表示物体在不同距离下的细节层次。

较小的LOD值表示更高的细节层次，而较大的LOD值则表示更低的细节层次。

通过调整LOD值，可以在保证渲染效果的同时，提高渲染性能。

二、Mipmap LOD偏移量的作用在纹理映射过程中，Mipmap LOD偏移量用于控制相邻Mipmap级别之间的切换。

当物体与相机的距离发生变化时，系统会根据当前物体与相机的距离，计算出合适的LOD值。

然后，根据LOD值和Mipmap LOD偏移量，选择合适的Mipmap级别进行纹理映射。

Mipmap LOD偏移量的大小会影响到物体的渲染效果和性能。

如果Mipmap LOD偏移量过小，系统可能频繁地切换Mipmap级别，导致纹理映射效果不稳定，出现纹理闪烁或失真的情况。

而如果Mipmap LOD偏移量过大，系统可能会选择较低分辨率的Mipmap级别进行渲染，导致物体细节不够清晰，影响渲染质量。

三、Mipmap LOD偏移量的调整方法在实际应用中，可以通过调整Mipmap LOD偏移量来优化纹理映射效果和性能。

一种常用的方法是根据物体与相机的距离，动态地调整Mipmap LOD偏移量的大小。

动画制作知识：动画中的模型渲染技术一、了解模型渲染技术的基本概念动画制作中的模型渲染技术是指将三维模型表面上的材质、纹理和光照效果等属性转化为最终输出图像或动画的过程。

模型渲染技术是通过一系列的算法和技术来实现，包括光照计算、阴影处理、纹理映射等内容。

通过模型渲染技术的应用，可以让三维模型在动画中呈现出逼真的外观和细节。

二、理解模型渲染技术的原理1.光照计算：光照是模型渲染中的重要部分，它包括环境光、定向光、点光源等不同类型的光源效果。

通过光照计算，可以确定模型表面上不同部分的亮度和色彩。

光照计算的原理涉及到光线追踪、阴影计算、反射和折射等物理光学现象的模拟。

2.纹理映射：纹理映射是指将二维图像或纹理映射到三维模型表面上的过程。

通过纹理映射，可以使模型的表面呈现出各种细节和图案，从而增强模型的真实感和视觉效果。

常见的纹理映射技术包括UV 映射、投影纹理、混合纹理等。

3.阴影处理：阴影处理是模型渲染中的另一个重要部分，它包括平面阴影、透明阴影、软阴影等不同类型的阴影效果。

通过阴影处理，可以使模型在不同光照条件下呈现出逼真的阴影效果，增强模型的立体感和真实感。

三、掌握模型渲染技术的应用方法1.渲染软件的选择：在动画制作中，常用的渲染软件有3ds Max、Maya、Blender等。

这些软件提供了丰富的渲染功能和效果，可以满足不同类型动画制作的需求。

2.材质和纹理的制作：在模型渲染过程中，需要为模型赋予合适的材质和纹理，以达到预期的视觉效果。

制作材质和纹理可以使用专门的纹理制作软件，如Photoshop、Substance Painter等。

3.光照和阴影的设置：通过调整光源的类型、方向和光照参数，可以为模型添加合适的光照效果。

同时，通过设置阴影参数，可以实现不同类型的阴影效果，使模型呈现出更真实的立体感。

4.渲染参数的优化：在模型渲染过程中，需要合理调整渲染参数，以达到较高的渲染质量和较短的渲染时间。

凹凸纹理映射关于凹凸映射的原理请参阅凹凸映射（Bump Map）实现原理。

凹凸纹理映射是一种纹理混合方法，它可以创建三维物体复杂的纹理外观表面。

普通的纹理映射只能模拟比较平滑的三维物体表面，难以显示表面高低起伏、凹凸不平的效果。

凹凸纹理映射能够通过一张表示物体表面凹凸程度的高度图（称为凹凸纹理），对另一张表示物体表面环境映射的纹理图的纹理坐标进行相应的干扰，经过干扰的纹理坐标将应用于环境映射，从而产生凹凸不平的显示效果。

凹凸纹理映射通常由三张纹理映射图组成，第一张纹理图表示物体表面原始纹理颜色，第二张凹凸纹理图表示物体表面凹凸的高度起伏值，用来对下一张环境纹理图坐标进行干扰，第三张纹理图表示周围镜面反射或漫反射光照的环境光照映射图。

凹凸纹理映射的纹理映射流程如下图所示：检查硬件设备在使用凹凸纹理映射之前，应查询当前的Direct3D设备是否支持D3DTEXOPCAPS_BUMPEN VMAP或D3DTEXOPCAPS_BUMPENVMAPLUMINANCE多层纹理混合，以及当前设备是否支持3层纹理映射。

BOOL SupportsBumpMapping(){通常情况下，可以载入一张表示物体表面图像高度的纹理图，通过计算高度图水平相邻和垂直相邻元素的高度差来生成凹凸纹理，也可以通过程序生成凹凸纹理，这里根据纹理图来生成凹凸纹理，代码如下：//--------------------------------------------------------------------------------------// Create bump texture from height map texture.//--------------------------------------------------------------------------------------HRESULT CreateBumpTexture(IDirect3DDevice9* device){HRESULT hr;D3DSURFACE_DESC surface_desc;g_height_map_texture->GetLevelDesc(0, &surface_desc);V_RETURN(device->CreateTexture(surface_desc.Width, surface_desc.Height, 1, 0, D3DFMT_X8L8V8U8, D3DPOOL_MANAGED,&g_bum p_map_texture, NULL));D3DLOCKED_RECT locked_rect;g_height_map_texture->LockRect(0, &locked_rect, NULL, 0);DWORD src_pitch = (DWORD) locked_rect.Pitch;BYTE* src_row_top = (BYTE*) locked_rect.pBits;BYTE* src_row_cur = src_row_top;BYTE* src_row_bot = src_row_top + src_pitch * (surface_desc.Height - 1);g_bump_map_texture->LockRect(0, &locked_rect, NULL, 0);DWORD dest_pitch = (DWORD) locked_rect.Pitch;BYTE* dest_row_top = (BYTE*) locked_rect.pBits;BYTE* dest_row_cur = dest_row_top;// iterate through all linesfor(DWORD y = 0; y < surface_desc.Height; y++){BYTE* src_pixel_cur;BYTE* src_pixel_up;BYTE* src_pixel_below;BYTE* dest_pixel;src_pixel_cur = src_row_cur;if(y == 0)src_pixel_up = src_row_bot;elsesrc_pixel_up = src_row_cur - src_pitch;if(y == surface_desc.Height - 1)src_pixel_below = src_row_top;elsesrc_pixel_below = src_row_cur + src_pitch;dest_pixel = dest_row_cur;// iterate through all columns in current linefor(DWORD x = 0; x < surface_desc.Width; x++){BYTE src_pixel_left, src_pixel_right;if(x == 0)src_pixel_left = *(src_row_cur + (surface_de sc.Width - 4));elsesrc_pixel_left = *(src_pixel_cur - 4);if(x == surface_desc.Width - 1)src_pixel_right = *src_row_cur;elsesrc_pixel_right = *(src_pixel_cur + 4);BYTE du = BYTE(src_pixel_left - src_pixel_right);BYTE dv = BYTE(src_pixel_up - src_pixel_below);// the luminance bump valueBYTE u_lumi = (*src_pixel_cur > 1) ? 63 : 127;*dest_pixel++ = du;*dest_pixel++ = dv;*dest_pixel++ = u_lumi;*dest_pixel++ = 0;// move one pixel to the rightsrc_pixel_cur += 4;src_pixel_up += 4;src_pixel_below += 4;}// move to the next linesrc_row_cur += src_pitch;dest_row_cur += dest_pitch;}g_bump_map_texture->UnlockRect(0);g_height_map_texture->UnlockRect(0);return S_OK;}凹凸纹理设置凹凸纹理映射通常使用3层纹理：物体原始纹理、由原始纹理高度图生成的凹凸纹理、环境纹理，对应于多层纹理混合的0、1、2层。

纹理映射（Texture Mapping，/wiki/Texture_mapping）是⼀一种中等难度的渲染⽅方法。

其基本思路是将⼀一张或者⼏几张图⽚片作为纹理，将其贴在模型表⾯面。

纹理映射的算法实在是⾮非常简单。

⽤用OpenGL实现纹理映射，最⼤大的难度不在于OpenGL，⽽而在于如何加载图⽚片！⽤用C++读取图⽚片有很多库可以选择，例如CImg、ImageStone和OpenCV之类的。

这些库都是跨平台的，但使⽤用起来过于复杂。

于是我找了⼀一个简单的库EasyBMP（/projects/easybmp/?source=directory），只能读取BMP 数据，够⽤用也跨平台。

所需要的就是将纹理图全部转换为BMP格式，⽤用图像处理软件很容易做到这⼀一点。

我们引⼊入⼀一个新的函数来加载纹理：//加载纹理GLuint const char//使⽤用EasyBMP加载纹理图⽚片//使⽤用什么库没有关系，最终纹理需要⽣生成⼀一个数组，数组的格式如下：//{r1,g1,b1,r2,g2,b2,...,rn,gn,bn}，其中ri，gi，bi表⽰示i位置的//像素点的rgb值。

如果图像由alpha值，数组的格式如下：//{r1,g1,b1,a1,r2,g2,b2,a2,...,rn,gn,bn,an}BMPReadFromFileint TellWidthint TellHeightunsigned char new unsignedchar3int0for int0for int0row col Redrow col Greenrow col Blue//创建纹理，并将纹理数据传递给OpenGLGLuint1glGenTextures1glBindTexture GL_TEXTURE_2D0//设置纹理参数glTexParameteri GL_TEXTURE_2D GL_TEXTURE_WRAP_S GL_REPEATglTexParameteri GL_TEXTURE_2D GL_TEXTURE_WRAP_T GL_REPEATglTexParameteri GL_TEXTURE_2D GL_TEXTURE_MAG_FILTERGL_LINEARglTexParameteri GL_TEXTURE_2D GL_TEXTURE_MIN_FILTERGL_LINEAR//传输数据glTexImage2D GL_TEXTURE_2D0GL_RGB0GL_RGB GL_UNSIGNED_BYTE deletereturn0加载纹理通常分为以下⼏几个步骤：（1）⽤用图像处理库（这⾥里是EasyBMP）读取纹理⽂文件。

基金项目:国家863计划项目 数字林业公共技术平台研究 和教育部重点项目 森林植被可视化的基础性研究 (重点03020)收稿日期:2004-03-31第21卷 第10期计 算 机 仿 真2004年10月文章编号:1006-9348(2004)10-0146-03纹理映射技术在三维游戏引擎中的应用左鲁梅1,黄心渊2(1.北方工业大学CAD 中心,北京100041;2.北京林业大学信息学院,北京100083)摘要:游戏引擎是游戏的心脏,它在后台控制着游戏中各个模块同时有序的工作,渲染模块是游戏引擎中最复杂,也是最能体现游戏效果的模块。

纹理映射技术的应用能增强场景绘制的真实感并能提高场景的渲染速度。

该文是对三维游戏引擎中的渲染模块的初步研究,首先介绍了三维游戏引擎系统以及纹理映射技术,使用OpenGL 图形库实现了大环境天空盒、三维地形的贴图效果、并加入了地面建筑物,再现了真实的三维场景。

介绍了纹理映射技术在三维游戏引擎中的应用及作用。

关键词:三维游戏引擎;纹理映射;渲染模型中图分类号:TP391.41 文献标识码:ATexture Mapping and Its Application in 3D Game EngineZ UO Lu-mei 1,HUANG Xin-yuan 2(1.The CAD Center,North China Univ.of Tech.,Beijing 100041,China;2.The Communication Dept.,Beijing Forestry Univ.,Beijing 100083,China)ABSTRACT:The game engine is the heart of the game,which controls all the other models in the game to work orderly at one time.The rending model is the most complex and displays the quali ty of the game.In the rending,the application of texture mappi ng can strengthen the reality and increase the renderi ng speed of the scene.T his paper is the elementary study of rending model in 3D game engine,first we in troduce the system of 3D game engine and texture mapping,then we realize the texture mappi ng effect of environ ment-sky and the 3D terrain using OpenGL,and add the construction,reappearance the reali ty of the 3D scene.The paper also introduces the application and effect of texture mapping in 3D game engine.KEYWORDS:3D Game Engine;Texture mapping;Rending model1 三维游戏引擎2003年,国家科技部首次将网络游戏技术纳入国家863科技发展计划,这标志着国家对年增长率近3倍、带动上下游经济增长超过10倍的网络游戏产业态度已经明朗化。